光敏传感与模糊控制的智能追光系统研究

在能源转型的大背景下，国家大力倡导绿色，低能低耗发展。聚焦于太阳板供能外接设备的研究，通过电磁技术与太阳板结合，实现音响等设备的稳定供电，可极大提升户外娱乐的便捷性与可持续性。更重要的是，太阳板有潜力替代医院发电机，为医疗场所提供可靠、清洁的能源，保障关键医疗设备运转，降低停电风险，减少传统发电带来的污染，对医疗保障与环境保护意义重大。可为无人机，新能源汽车充电基站续航。

国外在追光控制板领域起步较早，技术相对成熟。欧美等发达国家凭借先进的科研实力与完善的产业体系，在该领域取得诸多成果。

近年来，国内对追光控制板的研究与应用发展迅速。众多高校与科研机构积极投入该领域研究。

光敏传感与模糊控制的智能追光系统是一种通过光敏传感器感知光线强度和方向，并利用模糊控制算法实现自动追光的系统，在太阳能发电、照明等领域应用广泛.

追光者主要从事于光学方向的研究。从基础探究、技术创新、应用拓展等层面确立目标，将理论与实践结合，为光能领域发展注入活力。例如 ： 高效光转换技术研发：聚焦提升太阳能电池光电转换效率、材料组合及制备工艺，降低成本。光能智能控制与系统集成：研发能够根据环境变化自动调节光输出的智能光控系统，整合多种光电器件与传感器，实现光能在智能家居场景中的高效利用与便捷管理，提升生活的智能化水平 。

追光者是四个部分组成 ： 太阳能光板装置、舵机旋转装置、磁悬浮装置、蓝牙模块。

1. 太阳能板随着太阳光的位置而随着转动，使储能效率尽可能的高。是一种用于捕捉光线的装置，其基本原理是利用光学透镜将光线聚焦到感光元件上。追光板主要由透镜、感光元件和控制系统等部分组成。透镜用于聚焦光线，感光元件则负责将光线转化为电信号，控制系统则负责控制追光板的运动轨迹。

2. 舵机旋转装置 ， 感光电路板感受光源后发送信号给舵机实现转动。它主要是由电机、位置传感器、控制电路等组件协同工作。它可以使太阳能板精确控制角度， 而且响应速度快， 能够迅速响应控制信号。

3. 磁悬浮装置 ， 该部分主要由悬浮体和磁力系统组成 ， 通过磁悬浮原理和法拉第电磁感应能够实现追光者的稳定悬浮和精确控制。

4. 蓝牙模块 ， 追光者佩戴蓝牙模块 ， 允许一个主设备同时连接多个从设备，如手机同时连接耳机和智能手表 ， 可以运用智能设备远程操控。结合传感器技术、物联网技术和智能控制算法，设计能够根据环境光照强度自动调节亮度的智能照明系统。研究不同场景下的最佳照明方案，实现照明系统的节能高效运行，同时提升用户的舒适度和体验感。

通过查阅资料，了解光能利用在生活中的应用情况，如太阳能板、风力发电扇、太阳能车等，明确选定光能利用的方式方法，为项目提供理论支持。

对比实验：对磁悬浮和舵机控制等关键部分进行实验，对比不同方案下装置的运行情况，如测试磁场平衡点的稳定性等，对比不同方案的实验结果来确定更优方案。

模拟实验：构建实验环境模拟太阳光照条件，用小灯泡作为太阳光源，压力板和黑布模拟夜间条件，建立与实际情况相似的模型来进行实验研究。

变量控制：改变小灯泡的位置和点亮状态，观察感光电路板及太阳能板的反应，以研究追光效果，通过控制单一变量来探究其对实验结果的影响。

针对实验中出现的追光效果不稳定、电路板发热等问题，多次优化控制算法，提升电路板处理性能；改进光源模拟方式，将小灯泡从丝杠移动改为四角放置。

模型主要分为四大部分，感光装置，舵机装置，电磁装置，外接装置。感光装置主要为伏光板，光敏传感器。感光元件放置伏光板周边，几个不同位置感光元件接受不同角度的光源时，分析不同光源量，迫使舵机进行转动。舵机下边利用悬浮电磁使上半部分处于悬浮状态，有利于减小摩擦，方便精确定位。利用地磁传感器校准初始方向，用磁编码器进一步调整舵机角度，精度 0.1 对准光源。Arduino 核心板控制舵机，控制地磁传感器校准。利用 STM32 连接蓝牙模块，STM32 通过 AT+LINK 命令连接设备，便于远程控制进行故障诊断。太阳能板连接储能电池，通过充电控制器（MPPT 类型）调整电压电流，增大光板的输出功率，利用逆变器改变本项目的创新之处。

参考文献：

[1] 刘洋 ， 王鹏 ， 李强 . 基于改进粒子群算法的太阳能追光系统PID 参数优化 [J]. 控制工程 ， 2021， 28（05）： 923-929.

[2] 张伟， 李娜， 王磊. 基于BP 神经网络的太阳能追光系统预测控制 [J]. 太阳能学报 ， 2019， 40（08）： 2345-2352.

[3] Kazmerski L L. The renaissance of photovoltaics： technologies for terrestrial applications[J]. Proceedings of the IEEE， 2007， 95（1）： 15 - 50.

基金资助：大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：202513208103）