1．引言

人类所需的大部分能源都直接或者间接来自于太阳，太阳能较其他传统能源具有清洁、覆盖范围广、可再生等特点。但受制于太阳能不稳定、密度低等缺点，对太阳能的利用效率普遍较低，因此，如何提升太阳能的收集效率成为近年来相关领域的研究热点。

太阳自动跟踪系统能根据太阳的方位实时控制太阳能收集设备的朝向，从而达到提升收集效率的目的。美国Blackace在1997年开发出单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，并将热接收效率提高了15%。S.Abdallah等人通过PLC控制双轴系统进一步提升了太阳跟踪精度，研究表明精确的双轴跟踪系统对太阳能的接收率比单轴跟踪系统高27%左右。李永霞等人通过检测分布在东、西、南、北四个象限的光敏电阻分压感知受光面与太阳入射光线的偏差，同时控制双轴跟踪系统的运动，该方法结构简单、成本低廉，但跟踪精度较差。郭文川等人使用PSD（PositionSensitivedetector，位置敏感检测器）测量太阳方位，该方法较光敏电阻具有精度高、功耗低等特点，但易受到多云、阴天等天气的影响。

针对以上太阳跟踪方案的不足和缺点，本文提出了基于STM32的双轴太阳跟踪系统，采用四象限探测器结合视日运动轨迹的方法估算太阳的高度角和方位角，使用模糊PID算法控制双轴系统精确追光，从而能在不同天气条件下提升太阳能收集器的工作效率。

2.设计方案

设计一个基于单片机的双轴太阳能跟踪系统，使用LCD1602显示受光面上四个方向上的光照强度，以及受光面的倾斜角度。分别进行硬件、软件系统设计。

本设计主要由四大模块组成：单片机控制模块、光强检测电路模块、倾斜角度检测模块、执行模块和显示模块。按系统功能实现要求，控制模块采用STM32单片机，通过程序来进行按键的控制。显示模块用于显示受光面上四个方向上的光照强度，以及受光面的倾斜角度。

一． 控制模块

方案一：单片机控制

采用 STC89C51系列的单片机作为主控制器。STC89C51单片机是一款基于8位单片机处理芯片STC89C52RC的系统。STC89C52RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHZ，片内含8K Bytes的可反复擦写100次的Flash只读存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8为中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载到单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。但是就目前而言，STC89C51性能不足的缺点越来越凸显了，在处理位数和处理速度上都与ARM处理器有较大的差距，因此，相对而言，STC89C51一般只用于处理运算量不是很复杂的任务。