一种基于单片机的自动追日太阳灶烧水装置的研究与设计

一种基于单片机的自动追日太阳灶烧水装置的研究与设计

杨昱鑫

（兰州石化职业技术学院 兰州 730060）

摘 要：针对目前农村用太阳灶烧水装置操作不便、功能单一等问题，采用STC15F2K60S2单片机为核心元件，设计了一种较为实用的控制系统，通过实践，表明该设计方案能够实现装置自动追日、水开报警等功能，从而达到了方便操作的目的。

关键词：太阳灶；烧水装置；单片机；自动追日

1 引言

太阳灶烧水装置在农村极为常见，但是由于装置自身设计的局限性，使其操作时需要人为追日调焦，且水开也无法及时提醒等诸多不便，因而使用率逐渐下降。本文拟设计一种便民的控制系统，使其能完成自动追日且水开报警等功能^[1-2]。

2系统结构

本设计的自动追日太阳灶烧水装置主要包括太阳灶本体、STC15F2K60S2单片机、光传感器模块、温宿传感器模块、报警装置、太阳能电池板、舵机、蓄电池等。其控制思想框图如下：

图1 自动追日太阳灶烧水装置设计框图

3主要硬件及工作原理

太阳灶装置其逐日系统主要是根据光照角度的变化，实现实时跟踪控制的。下面对系统的主要硬件及其工作原理进行介绍。

3.1 STC15F2K60S2单片机

STC15F2K60S2单片机主控电路本系统以增强型8051内核单片机。通过单片机的4路AD对太阳能电池板进行信号采集或者对光敏模块的输出信号进行采集，把采集到的数值通过单片机进行运算对比，从而通过两个I/O输出口来对舵机进行PWM控制，来实现系统的逐日运动^[3-5]。

3.1.1降压电路

MP1584是一个高频率的降压开关稳压器，具有一个集成的内部高端高压功率MOSFET。宽阔的4.5V至28V输入电压范围可容纳各种降压应用中，在很宽的高功率转换效率负载范围被缩小了实现开关频率在轻负载条件下，以减少开关和栅极驱动损耗。该电路是把外接24V电压降压至6.6V来给舵机供电。

图2 降压电路

3.1.2稳压电路

HT7350输入电压最高12V，输出电压5V，最大输出电流250mA，耗散功率500mW。由于我们给单片机供电的电压是5V，但给舵机供电的电压却是6.6V, 所以这边使用一个HT7350的稳压芯片，稳压5V给单片机供电。

图3 稳压电路

3.1.3电压调整电路

太阳能板输入电压通过这段电路后进入AD采样，这里可以对输入电压进行

调整，起到一个矫正的作用。

图4 电压调整电路

3.2 舵机

选择RDS3115mg舵机，舵机上有三根线，分别为VCC、GND、信号线。控制信号一般要求周期为20ms的PWM信号。VCC、GND需要另外接驱动给舵机供电。舵机的控制一般需要一个20ms的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度舵机为例，那么对应的控制关系如表1所示：

表1 舵机角度与脉冲关系

3.3 光敏传感模块

光敏电阻模块对环境光线最敏感，一般用来检测周围环境光线的亮度，触发单片机或继电器模块等；模块在环境光线亮度达不到设定阈值时，D0输出高电平，当外界环境光线亮度超过一定阈值时，D0端输出低电平；D0端可以与单片机直接相连，通过单片机检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变；D0输出端可以直接驱动继电器模块，由此可以组成一个光控开关。小板模拟量输出A0可以和AD模块相连，通过AD转换，可以获得环境光强更精准的数值。

图5 光传感器模块电路

3.4 其他装置

通过太阳能电池板上产生的电压进行比较从而控制舵机的运动方向。太阳灶本体还是常规的灶面、主光轴等，灶面主要用来反射太阳光，主光轴主要用来调整焦点。

4 结论

该方案设计实施后，通过一段时间的运行实践，证明该控制系统确实能够实现太阳灶烧水系统自动追日聚焦，水开报警等功能，大大提高了其便捷性。

参考文献

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[5] 李昊阳,张丽杰,畅玉亮.基于MCS-51的太阳能量板自动追日系统的设计[J].装

备制造技术,2011,3(2):54-55.

Research and Design of a Single-chip Microcomputer-based

Automatic Sun-chasing Solar Stove Water Burning Device

Yang Yuxin

（Lanzhou Petrochemical Polytechnic，Lanzhou，730060）

Abstract: Aiming at the problems of inconvenient operation and single function of the solar water heating device used in rural areas, a STC15F2K60S2 single-chip microcomputer is used as the core component to design a more practical control system. Through practice, it shows that the design scheme can achieve automatic device chasing the sun and water Alarm and other functions, so as to achieve the purpose of convenient operation.

Keywords: Solar cooker; Water-burning device; Single-chip microcomputer; Automatic chase

杨昱鑫，男。1988年6月生，甘肃靖远人，现供职于兰州石化职业技术学院电子电气工程学院，研究方向新能源发电、牵引供电系统。

项目：西北地区高架路段高速铁路雷电防护研究(KJ2018-11)