阿布都依木江?卡得爾++侯曉霞

摘要：我國地域遼闊有著豐富的太陽能資源，在太陽能利用方面有著很大優(yōu)勢?；谔柲軄碓磸V泛、儲量無限、潔凈環(huán)保的優(yōu)點，本項目積極響應(yīng)我國“十一五”規(guī)劃綱要中倡導(dǎo)的“節(jié)能減排”， 構(gòu)建社會主義和諧社會，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。太陽能作為可再生能源應(yīng)用廣泛，其中太陽能汽車目前雖然還有許多性能不完善，但是今后是新能源汽車發(fā)展方向之一。本太陽能小車將建立由太陽能發(fā)電、蓄能及負(fù)載系統(tǒng)。通過實驗測量，了解太陽能電池板的基本性能，掌握不同電性能太陽能電池之間的組合方法和規(guī)律；掌握了太陽能小車充、放電的效率、時間和其運(yùn)動特性。為今后進(jìn)一步改進(jìn)打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：太陽能汽車；太陽能電池板；蓄電池；電動機(jī)

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

1項目背景

1.1項目概述

我國地域遼闊有著豐富的太陽能資源，在太陽能利用方面有著很大優(yōu)勢?；谔柲軄碓磸V泛、儲量無限、潔凈環(huán)保的優(yōu)點，本項目積極響應(yīng)我國“十一五”規(guī)劃綱要中倡導(dǎo)的“節(jié)能減排”， 構(gòu)建社會主義和諧社會，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。我們大學(xué)生創(chuàng)新計劃項目小組設(shè)計并制作了一輛太陽能智能小車。本論文主要闡述該項目的制作過程及收獲。

1.2項目目的

為了結(jié)合學(xué)校教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生興趣愛好，提高學(xué)生動手能力，靈活運(yùn)用自己本科階段所學(xué)的知識，更為了為自己以后的工作積累一些經(jīng)驗，在學(xué)校的大力支持下，我們成功地申請了我校大學(xué)生創(chuàng)新計劃項目，本項目對于本科的創(chuàng)新教育具有一定的示范、啟示作用。也為發(fā)展太陽能汽車的想法提供一定的實踐性和實用性。

1.3設(shè)計任務(wù)

我們小組成員通過合作互助，自學(xué)慎思，并運(yùn)用所學(xué)知識，結(jié)合當(dāng)前低碳環(huán)保生活，我們制作的太陽能智能小車能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能。通過電腦上位機(jī)能遠(yuǎn)程控制小車前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退等動作；并在惡劣環(huán)境下實時監(jiān)控，還能自動運(yùn)行；實現(xiàn)太陽能智能追蹤，自動充電；以及可用220V交流電源充電。

2項目總體方案設(shè)計

2.1系統(tǒng)工作原理

將太陽能作為小車主要能量來源，用充電電池把收集到的太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存；利用光敏電阻對太陽光進(jìn)行自動、即時跟蹤，大大提高了對太陽能的利用率；紅外傳感器的應(yīng)用，CMOS攝像頭的使用，成功實現(xiàn)了小車的智能避障，遠(yuǎn)距離無線采集并傳輸圖像，實時監(jiān)控，同時使用Arduino單片機(jī)控制電路和遠(yuǎn)距離無線控制模塊技術(shù)實現(xiàn)對小車行駛的遠(yuǎn)程控制。

2.2按摸塊化設(shè)計每個單元電路

（1）小車控制部分

操作人員使用電腦上位機(jī)發(fā)送指令，指令信號通過無線模塊傳給下位機(jī)上的接受模塊，使單片機(jī)做出相應(yīng)信號的反應(yīng)。下位機(jī)本項目采用的是北京納克斯機(jī)器人公司的Arduino單片機(jī)控制板（帶驅(qū)動），其基本特點為：處理速度快，兼容性好，自帶驅(qū)動還可以省總系統(tǒng)所需要的驅(qū)動模塊；無線模塊采用NRF905，其基本特點為：接收發(fā)送功能合一，抗干擾性強(qiáng)，信號發(fā)送/接受距離長等特點。

（2）驅(qū)動電路部分

本小車采用四驅(qū)模式，通過電腦上位機(jī)發(fā)出的控制信號，在驅(qū)動電路的作用下，執(zhí)行此時信號的操作要求。此部分我們采用SGS 公司的L298N，常見的15 腳Multiwatt 封裝。L298N可同時驅(qū)動2個二相或1個四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)；可以直接用單片機(jī)的IO 口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。IN1～4接單片機(jī)控制信號，使能端EA，EB高電平有效，CA，CB接地，OUT1～4分接直流減速電機(jī)，加續(xù)流二極管做保護(hù)。VSS，VS同接12v電壓供電。

（3）太陽能光伏轉(zhuǎn)換部分

太陽能電池組的選取原理：通過太陽能照射在太陽能電池組上，將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電，此時的直流電是不穩(wěn)定的，通過太陽能充放電模塊使之成為可以提供足夠穩(wěn)定的電源電壓。

我們小組選用的是單晶硅太陽能電池板其光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的達(dá)到24%，堅固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年。此外還有多晶硅太陽能電池板，多元化合物太陽電池板等，有待進(jìn)一步學(xué)習(xí)使用。

（4）充電控制器原理

充電控制器采用了斬波式PWM原理，分兩個階段，第一階段為快充階段，第二階段為PWM 階段（慢充階段）。電路采用斬波式PWM 充電原理，檢測蓄電池的充電端電壓，將檢測得到的蓄電池端電壓與給定點電壓比較，若小于給定電壓，斬波器全通，迅速給蓄電池充電； 當(dāng)蓄電池的電壓大于給定電壓時，則根據(jù)比例調(diào)整功率管的占空比，充電進(jìn)入慢充階段，改善充電特性，防止過充。有效轉(zhuǎn)化并存儲太陽能電池組提供的能量。

（5）蓄電池部分

12V蓄電池均由6個單格電池串聯(lián)而成，每個單格的標(biāo)稱電壓為2V，串聯(lián)成12V的電源。蓄電池主要由極板、電解液、格板、電極、殼體等部分組成。蓄電池的初充電電流大小一般按說明書中的規(guī)定值，或按額定容量1/10的電流來進(jìn)行。 密封電池可允許的運(yùn)行范圍為15℃～50℃ ，但5℃～35℃之內(nèi)使用可延長電池壽命。長時間存放的電池每6個月必須充電一次，電池必須存放在干燥涼爽的環(huán)境；該蓄電池可以不用加液，但定期檢查外殼有無裂縫，電解液有無滲漏等仍為必要的。

2.3上位機(jī)控制面板

上位機(jī)控制面板功能有：控制小車前，后，左，右運(yùn)動；控制攝像頭云臺上，下，左，右擺動；控制太陽能扇的打開與關(guān)閉；采集智能小車實時捕獲的視頻并存儲于電腦。

3組裝調(diào)試

在本項目制作過程中我們遇到了好多問題，比如小車底盤，控制模塊，圖傳模塊等的選取，太陽能扇的制作，和太陽能扇驅(qū)動裝置選取等。剛開始想小車底盤自己設(shè)計加工的，后來考慮成本決定是買現(xiàn)成的底盤。太陽能扇我們試了兩種材料，第一種是亞克力面板上安裝太陽能電池板，這樣不僅重力不集中，不易驅(qū)動而且亞克力面板比較脆很容易發(fā)生斷裂；第二種是玻璃絲布板，這種材料不僅通過雕刻把太陽能電池板嵌套在里面，而且重力集中，比較容易驅(qū)動，于是我們選擇了玻璃絲布板。太陽能扇的驅(qū)動裝置是自己設(shè)計并制作的，通過有機(jī)材料做成的合頁與直流減速電機(jī)結(jié)合，以保證速度適中還能使扭矩充分利用，角度可以通過控制電機(jī)運(yùn)行時間來調(diào)節(jié)，最后達(dá)到太陽能扇正常工作的目的。通過不斷地進(jìn)行試驗，調(diào)試，初步測量出本項目在陽光比較充足的條件下充電時間需要5～6個小時，連續(xù)工作約7h，行駛距離約5km，最終成功的組裝了功能較完善的太陽能智能小車。

4結(jié)束語

通過本次課題的研究，我們較好的完成了任務(wù)，并達(dá)到了預(yù)期的效果。在這個看似簡單的項目制作過程中，我們深深的懂得了團(tuán)隊的重要性，也非常明白我們現(xiàn)在學(xué)的知識的局限性，更知道了自己的不足。在這個調(diào)試的過程中，遇到很多的問題，有些小的問題，正是實驗素養(yǎng)不夠造成的，正是這些小的問題困擾乃至浪費(fèi)我們的時間精力都多過了編寫程序的調(diào)試。由此可見，我們平時還是要抓住學(xué)校給大學(xué)生創(chuàng)建良好創(chuàng)新平臺的機(jī)會，注重實驗技能的培訓(xùn)。

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