1．1 ATmega8單片機
    這里選擇性價比較高的ATmega8單片機為控制核心，ATmega8是一款具有RISC結構的高性能、低功耗的8位AVR微處理器。它具有130條指令(大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期)，3個定時器，3通道PWM，10位A／D轉(zhuǎn)換器，2個可編程的串行USART，SPI串行接口，I2C接口等功能模塊。該太陽跟蹤器可采用單片機內(nèi)部的A／D采樣、PWM通道、I2C接口等功能模塊，從而簡化程序編程。
1．2 光電檢測模塊
    利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將4只完全相同的光敏電阻分別放置于太陽光接收器的東南西北方向，負責偵測這4個方向的光源強度。如果太陽光垂直照射太陽能電池板，東西(南北)2只光敏電阻接收到的光照強度相同。其阻值完全相等，此時電動機不轉(zhuǎn)動。當太陽光方向與電池板的法線有夾角時，接收光強多的光敏電阻阻值減小，信號采集電路采集到光敏電阻的信號差值，控制電路將其差值轉(zhuǎn)換成控制信號，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至2只光敏電阻上的光照強度相同。

    圖2是光電檢測模塊的俯視簡圖，共由5只光敏電阻組成。正中央1只，旁邊4只圍成一圈。左右2只光敏電阻(A、B)檢測太陽方位角的變化，上下2只(C、D)檢測太陽高度角的變化。中間1只用于檢測環(huán)境亮度判斷白天還是晚上，晴天還是陰天。圖3是5路光敏電阻與ATmega8的連接電路，電源電壓經(jīng)光敏電阻和定值電阻的分壓后送入ADCx引腳。

1．3 實時時鐘模塊
    由于系統(tǒng)需進行時間控制，因此，需采用實時時鐘。若使用單片機計時，長時間會引起較大誤差，因此使用串行實時時鐘PCF8583。該器件具有實時時鐘，可提供秒、分、時、日、星期、月和年(閏年補償)，可采用12 h或24 h方式計時。它具有日歷時鐘、計時、可編程定時中斷，并提供256字節(jié)低功耗靜態(tài)RAM。采用I2C總線串行數(shù)據(jù)線，可方便與單片機接口。采用雙電源(主電源和備用電源)供電。PCF8583與ATmega8通過I2C總線連接，其連接電路如圖4所示。

1．4 步進電機及驅(qū)動器
    該太陽跟蹤器選用57BYG系列二相／四相混合式步進電機，步距角為1．8°，要滿足高精度跟蹤要求，必須提高電機步進角度的分辨率，因此選用TS-220系列高性能步進電機細分驅(qū)動器作為控制電路。驅(qū)動器選用原裝驅(qū)動模塊，純正弦波電流細分控制方式，具有很強的抗干擾能力?？刂菩盘柵c內(nèi)部線路實現(xiàn)光電隔離，并具有精度高，可靠性好，電機噪音極低等特點。

2 太陽跟蹤器軟件設計
    該跟蹤器軟件采用ATmega8單片機C語言，選用ICCAVR編譯器，主要包括主程序、光電跟蹤子程序、視日運動軌跡跟蹤子程序等。
2．1 太陽跟蹤主程序
    主程序初始化單片機相關功能模塊，巡回檢測光電檢測模塊的信號，判斷當前工作在光電跟蹤還是視日運動軌跡跟蹤控制方式，進而驅(qū)動步進電機驅(qū)動器控制太陽能利用裝置始終正對太陽。其主程序流程如圖5所示。

2．2 光電跟蹤子程序
    光電檢測模塊探測太陽位置，通過ATmega8的ADCx引腳送入單片機，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換通過信號差值判斷太陽能利用裝置是否正對太陽，直到調(diào)整太陽能利用裝置對準太陽，然后再返回主程序。光電跟蹤子程序流程如圖6所示。

2．3 視日運動跟蹤子程序
    所謂程序跟蹤就是跟蹤太陽高度角和方位角。雖然太陽的位置時刻都在變化，但其運行具有嚴格的規(guī)律性，在地平坐標中，太陽的位置可由高度角α與方位角ψ來確定。
   
式中，δ為太陽赤緯角；φ為當?shù)氐木暥冉?；ω為時角。
    太陽赤緯角與時角由本地時間確定，而對于確定的地點，本地的緯度角也是確定的，因此只要輸入當?shù)叵嚓P地理位置與時間信息就可確定此時刻的太陽位置。視日運動軌跡跟蹤子程序流程如圖7所示。

3 結束語
    該太陽跟蹤器以ATmega8單片機為核心，外圍電路簡單，性能穩(wěn)定可靠，跟蹤精度高，能自動識別天氣狀況，使光電跟蹤和視日運動軌跡跟蹤控制方式的優(yōu)點得到有效互補，但在抗風和掉電保護等方面還需進一步研究。由于該太陽跟蹤器結構簡單，價格低廉，所以具有發(fā)展?jié)摿?，可廣泛應用于太陽灶、太陽能光伏(平板和聚光)發(fā)電系統(tǒng)、太陽能聚焦熱水器系統(tǒng)、太陽能制氫、太陽能集能器等那些需實時精確跟蹤太陽的應用領域。