自动跟踪太阳光电路设计

         偶然在网上看到别人用简单的几个元器件做的自动跟踪太阳光的设计，感觉挺有意思，于是自己动手实操，加上自己的设计理念，亲自做了一块板子。

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一、设计原理图

二、设计PCB

三、打样、焊接

四、成品调试

五、经验总结

六、设计资源分享

一、设计原理图

       设计思路参考网上，我这里加了一些自己的东西：

        1.使用光敏电阻，两个，通过光的强弱来判断方向（具体看下面的PCB 3D 显示）。

        2.使用运放来比较电压，为了保证运放的输出功率，直接使用音频功放。

        3.设计有供电接口，可以接太阳能板。

        4.设计有直流电机接口，接入直流电机，给模块调整方位。

        总体设计思路是使用两个运放，输出端直接接直流电机，输入端分别固定电压在2.5V和使用光敏电阻调节，当两个光敏电阻受到的太阳光强度不一样时，会调节运放的输出，驱动直流电机，转动角度，因此这是一个很简单的闭环系统，不需要单片机即可实现自动跟随。

        如下图所示，我用了一个滑动电阻代替两个光敏电阻（光敏电阻，会根据光的大小而变化阻值，因而影响此电路的分压）。

场景一：阳光角度使光敏电阻一阻值小于光敏电阻二

                此时根据运放的特性，如果输入正端电压大于负端电压，则输出为正（下图的上面运放）；如果输入的负端电压大于正端电压，则输出为负（下图的下面运放），此时我们假设电机是顺时针旋转。

 场景二：阳光角度使光敏电阻一阻值大于光敏电阻二

此时根据分压，接入到直流电机的电压跟之前的相反了，电机会逆时针旋转。

 也就是说，只要我把光敏电阻的位置放好，电机的方向匹配，就能实现自动跟踪，下面设计原理图：

我这里多加了一个超级电容，类似于电池的功能，另外还有一个18650电池，兼容设计，在调试阶段，我还增加了开关，还有一个太阳能板，给系统供电。

二、设计PCB

设计要点：

1.结构设计上需要将两个光敏电阻放在板子的两边，保持对称。

2.光敏电阻下面是一块太阳能板，为了给超级电容或者18650锂电池充电，设计前期需要确定好购买的太阳能板的尺寸，然后再绘图。

3.为了减少板卡走线、温度等对分压造成影响，建议两个0402的10K电阻也并排在光敏电阻两端，保持对称。

4.可以提前设计好过孔，方便后期固定。

三、打样、焊接

        图纸设计都是在JLC EDA工具上设计的，国产良心，可以直接下单打样，像这种小板让工厂SMT非常不划算，还不如买元器件回来自己焊接。

四、成品调试

        下图是实物：

 视频我就不放了，实际上确实可以自动跟踪哈哈哈哈。

五、经验总结

        1.事实上上面的双运放设计太粗糙，会存在这样一个问题：运放输入端是点对点比较，事实上很难保证板子完全对正太阳，很难保证光敏电阻的分压刚好是2.5V，哪怕是两个10K电阻也有误差，换句话说，这个世界上误差是一定存在的，所以可以理解为直流电机一直都是工作状态，不可能有静止状态，这种状态很耗电，因此需要优化电路：门比较器，如下图：        

         在下面的两个运放中，就将窗口电压设定在了2V，3V，当输入电压如上是2.2V时，可以看到两个运放的输出都是负的，意味着不会有输出，则直流电机不会工作，不会耗电。这个门的大小当然可以随便设置，根据调试过程确定即可。

2.从我的经验来看，用减速电机更好，原因有二：1.减速电机有更强的扭力，可以适应更多的场景，更重的负载。2.直流电机转速太快，很容易出现“失锁”，当太阳光变化时，运放侦测到，驱动电机，电机转太快很容易转过头。

3.给超级电容充电，理论上不需要电源管理芯片，但是需要考虑电压问题，如果太阳较弱，超级电容或者电池的电压比太阳能输出的电压还高，就比较尴尬，所以此时建议用DCDC升压电路，以一个确定的高一些电压的给电容或者电池充电会好很多。

六、设计资源分享

有需要的伙伴可以在我的资源文件获取，或者直接点击传送门：太阳能跟踪电路设计图纸，JLCEDA文件-单片机文档类资源-CSDN下载

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