1.导言：
21世纪最紧缺的就是动力，地球上的石油和煤都在以惊人的速度耗费，作为不行再生动力，他们终究都将被耗费殆尽。因而寻觅新的代替动力便成了摆在科学家们面前的新课题。
太阳能、核能、风能等新动力中太阳能不光无污染并且储量丰厚。地球轨道上的均匀太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，然后可核算出，地球取得的能量可达173000TW。虽然太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就适当于500万吨煤。如此巨大的能量宝库怎么不让人心动?
现现在许多当地都现已用太阳能代替原先动力。太阳能发电是运用最多的。但太阳能发电因为资料的原因，从太阳的光能转化为电能的转化率不是很高，并且太阳能电池板比较粗笨，现在许多都只用于定点发电，不能很好的用于便携设备，尤其是大功率的移动交通工具。
因而咱们就想通过用较小的太阳能板来吸收较多的太阳能来完成太阳能运用率的进步，以及作为轿车的动力来历，已抵达节能减排的效果。本规划的方针就是通过透镜的办法，进步单位面积的太阳能电池板上的光照强度，然后减轻了太阳能发电体系的分量，使之有或许运用于实践的太阳能车的规划上。让轿车的动力从石油转变成清洁的太阳能，维护环境完成可持续发展。
2.作业原理
本体系分为光追寻模块、光能搜集模块、小车运动模块。
1、光追寻模块，用来检测得到太阳光的入射视点，以使得透镜、太阳能电池板组合能够时间正对太阳光，充分运用太阳能发生电能
2、光能搜集模块，用来吸收太阳能发生电能，并储存在蓄电池中，供应小车运用
光能搜集模块选用了透镜来聚集光线，使得太阳能电池板的面积大大缩小，下降了本钱，光能搜集模块根据光追寻模块所供给的太阳光直射视点，由单片机驱动步进电机，改动透镜、太阳能板组合的水平角和俯仰角，使其正对太阳光，抵达最佳接纳效果，然后将太阳能储存在蓄电池中。
3、小车运动模块，运用上述光能发电发生动力，使得小车运动
小车运用蓄电池中的电能运动，本计划选用红外遥控办法来操控小车的行进、撤退、转弯等行为
模块暗示图：
2.1最佳太阳光入射视点检测模块
本文的办法中首要要知道的就是太阳光的最佳入射视点，知道这个视点后才能够让太阳能电池移动到最佳承受方位。咱们运用传感器来感触太阳光的强弱以此来确认太阳光的最佳入射视点。
太阳光的最佳入射视点详细分为水平方位角和笔直俯仰角，因而咱们需求让传感器沿着两个轴进行翻滚。先在水平方向转360°，边转边进行采样剖析，记载下光照最强的那个视点，再在笔直方向翻滚180°，相同进行采样剖析，记载下光照最强的点。
1、传感器的挑选
有多种传感器可供挑选，如光敏电阻，光敏三极管，光敏二极管，光伏电池。
关于光敏三极管、光敏二极管，经验证，在外加5v电源下，光照十分弱时亦能导通，欠安。
光敏电阻在外接5v电源时，无光照条件下，电阻很大，电路中电流很小，在必定光强时电阻很小，电流敏捷增大，契合体系要求。但光敏电阻受温度和周围环境影响很大。
光伏电池有如下长处：将承受的光转化为电信号，无需外接电源;在必定范围内，随光强增大，发生的电信号呈线性增大，稳定性好;受温度现已环境要素影响较小。
2、步进电机以及驱动电路
步进电动机是一种将电脉冲信号转变成相应的角位移的机电履行元件，每逢输入一个电脉冲信号时，它便转过一个固定的视点(步进角)。
3、一同咱们将监测传感器的电流值巨细，当小车转弯或行进到暗影里时，传感器的电流值将会小于一个阈值，这时咱们便开端从头监测最佳的太阳入射角。若监测一周下来，最大的值仍是比阈值小，那么判定为暗影或其他状况，推迟一段时间后再进行监测。
2.2太阳能的承受
现现在的太阳能发电大多都是固定地址放置很多的太阳能电池板来发电。这种办法又一个欠好的当地就是太粗笨了，没有便携性。因而咱们便想了一个办法，通过透镜的聚集性，让大面积的光聚集在比较小的太阳能电池板上，这样太阳能电池板的面积便能够大大减小。而透镜咱们挑选菲涅尔透镜，这种透镜能够将大部分可见光及红外光聚集起来，并且本钱低，质量轻。然后愈加使得这个体系适合于便携。
将太阳能电池板固定在透镜的焦点上。因而咱们只需操控透镜的朝向即可，根据监测到的最佳入射角(水平方向角、笔直俯仰角)转向透镜，使之一直笔直于太阳入射光，这样便可完成动力的最大承受。
详细的操作流程与模块1相似，拜见上一模块流程图。
体系暗示图如下：
2.3太阳能存储及操控
完成了太阳光最佳入射角的检测以及太阳能电池板的移位之后便要将太阳能存储起来，以供小车驱动及电机的耗能。因而咱们需求一个蓄电电路，由太阳能电池板、太阳能操控器、蓄电池组成。
2.3.1太阳能操控器
因为太阳能电池的输入电压及功率受光照等要素影响而不稳定，因而需求一个太阳能充放电操控器对其进行操控以抵达对蓄电池充电维护，放电维护，析气调理，超压维护，过流维护等 ，使之不会过充过放电。
太阳能操控器首要包裹单片机、电压收集单元、逆变单元、电流电压反应单元、维护单元、运转指示输出单元等。
其间单片机作为微处理器操控效果;电流电压反应单元对体系电压电流反应信号检测，可选用电阻法、霍尔传感器法、互感器法;电压收集单元由可调电阻与单片机A/D转化模块组成，将模拟信号转化为数字信号;维护单元检测电路电流以防止短路等状况;指示单元可实践电路各种作业状况并在反常时宣布警报。
下面是该模块的流程图
2.3.2能量存储
关于蓄电池的选用能够选一般的铅酸蓄电池，本钱能够低一些，也现已足矣抵达咱们的要求了。
因为暂时没有找到能够边充电边放电的蓄电池，因而咱们只能选用两个蓄电池，一个对体系进行供能，一个进行充电，当充溢后能够再将两者交换持续运用。两者的交换能够通过单片机操控继电器来完成.
暗示电路图如下
2.4小车的遥控及驱动模块
有了动力动力，小车的行进也有必要要得到操控，因而在计划里，咱们选用红外遥控小车的运动，并完成对小车两个蓄电池的切换。
2.4.1红外遥控小车的运动：
小车的运动形式有4种：行进、撤退、左转、右转，在本计划中，规划成有四个按钮来别离代表上述四种运动形式，铺开按钮则代表小车中止运动。
小车所运用的一般直流电机的作业电压大于单片机输出端所供给的电压，因而还需求一个电机驱动芯片
小车的遥控完成：
2.4.2小车车速的操控：
本计划中出于本钱考虑，并未选用步进电机来进行准确的调速，而是选用了一般的直流电机，可选用PWM调速法进行调速，运用单片机输出端输出高电平的脉宽及其占空比的巨细来操控电机的转速，然后操控小车的速度
2.4.3小车的转向:
小车的转向选用差速法，即两个直流电机别离操控两个轮子，当两个轮子的转速共一同，小车行进或撤退，当两个轮子同向但有速度差时，小车转向
2.4.4两个蓄电池的切换：
在本计划中，选用的蓄电池不能一同进行充电和放电进程，因而有必要运用两个蓄电池，一个电池供电给小车运用，另一个电池吸收太阳能充电，因而势必要操控好两个蓄电池的切换，考虑用单片机操控继电器的通断来切换蓄电池的状况，而操控信号能够由用户通过红外遥控输出
在上述的两个进程中，单片机的详细作业包含对用户指令的解码、对电机驱动芯片的操控、对继电器的操控这三个部分
3.可行性剖析
3.1太阳能的承受转化及耗能
3.1.1太阳能发电中最重要的就是太阳能电池板。因为太阳能运用率的低下使得怎么进步太阳能电池板的光电转化率成为了一个重视的问题。
光伏电池的输出电流：
其间np 并联的光伏电池个数 ，
ns 串联的光伏电池个数，
Iph 用来表明太阳能光伏电池所发生的电流 。
S为太阳的日照强度
ISSO 是太阳能光伏电池作业在参阅温度和日照条件下的测得的短路电流
Isat 太阳能反向饱和电流
q：一个电子所含的电荷量
k：波尔兹曼常数
T：太阳能光伏电池的温度
A：太阳能光伏电池的抱负因数(1~5)
V:输出电流
那么可得太阳能光伏电池的输出功率由上诉三个公式可知，太阳能电池板的输出功率和光照强度和温度有关
由上诉两图所示，温度必守时，进步光照强度能够进步输出功率。则咱们来预算一下太阳能电池板的输出功率大概有多少。
假定环境为AM1.5，太阳常数1200W/m2，温度25摄氏度。
设咱们的菲涅尔透镜的外表积为30cm*30cm，则承受到的太阳光功率，
P阳=1200*(30*30)/10000=108w
一般光照时一般的太阳能板的转化率为15%左右，现在咱们将菲涅尔透镜接纳到的阳光聚集，增大了光照强度，则可进步单位面积上的太阳能转化率。
假定咱们的太阳能电池板面积10cm*10cm,那么光照强度便提高了(30*30)/(10*10)=9倍。由公式(2)知，光伏电池发生的电流进步了9倍，理论上剖析可得太阳能电池板的输出功率增加了好几倍，但因为资料的性能以、温度升高以及能量存储时的耗费等方面原因，实践的转化率提高并不如理论上这么抱负，保存估量转化率为20%-25%
那么咱们大略核算可得
P输出=P阳*η=108w*22.5%=24.3w
假定通过太阳能操控器和蓄电池后损耗10%的能量，
那么最终存入蓄电池的能量为
P存=P输出*90%=21.87w
3.1.2步进电机一般在较大范围内调速运用、其功率是改变的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：
其P为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米。
现假定半径为5CM，每分钟转速为30转/min，小车总分量20k，则翻滚摩擦力为，设翻滚摩擦因数为0.1;那么f=20N;
本小车上需求运用的步进电机为6-7个，则耗费功率为18-22w。
3.2行进速度对入射角的影响剖析
现在来剖析下当小车沿着一个方向快速行进时，对入射角的偏移会形成多大的影响。
已知太阳到地球的间隔为一亿五千万公里，这么远的间隔相关于地球的半径可当作太阳光线都是平行抵达地球的。已知地球的半径为r=6400km，假定小车的速度为100km/h。
东西走向
小车从A地以100km/h的速度由西向东行进，1分钟后通过了
S=100/60 km
对应的在地球上的视点为
设太阳光与地表切平面的夹角为β，那么由图剖析可知小车从A地到B地的β角改变了
而地球自转的时分视点改变为
180/(12*60)=0.25º
那么小车从A地到B地实践的视点改变为
=0.25º±0.0149º
当小车从西向东走时，取﹢号
当小车从东向西走时，取﹣号
小车速度对俯仰角视点的误差为
0.0149/0.25=5.9%，能够忽略不计。
因而小车东西走向时对俯仰角的误差根本能够忽略不计。
南北走向
假定在1min内地球不偏转，那么小车南北走向行进时只要对方向角有误差影响。
假定条件如东西走向，那么小车在1min内走过的视点为
同理，因为地球的偏转为自西向东，因而不会对方向角发生影响。发生影响的只要小车行进发生的视点误差。
那么小车以100km/h南北走向行进1min后发生的方向角误差只要
根本能够忽略不计。
4.总结
大多数的太阳能轿车的电池板都是平铺在轿车顶部，不会跟着太阳光的入射视点改动方向，太阳能的运用功率极低，并且因为太阳能板面积过大，本钱过高，因而严峻阻止了太阳能动力的推行，在当今动力紧缺、环保认识逐步增强的年代，下降清洁动力的那个本钱，充分运用清洁动力已成燃眉之急，而本计划正好供给了一个处理这些问题的办法，1、咱们选用了光追寻模块对太阳光的光照强度实时监测，定位太阳光的入射视点，使太阳能接纳器一直正对阳光，大大进步了太阳能的运用功率。2、运用了菲涅尔透镜对太阳光进行聚集，使得太阳能电池板能够做到满足小，节省了贵重的太阳能板本钱，无疑对推行太阳能这种绿色动力有着巨大的经济优势，本计划中选用的菲涅尔透镜具有分量轻、价格低的长处，并且现已运用于太阳能聚光发电的工业用途上，远景适当达观。但需求留意的是因为现在技能的约束，光电转化的功率并不是很高，因而光能发电在本计划中只作辅佐动力之用，起到节约动力的效果，并不能作为彻底的代替动力运用。
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原有办法 |
本计划优势 |
待改善点 |
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原计划需求很多的太阳能电池板 |
用透镜办法进步了单位面积下的光照强度，减小的太阳能电池板的面积，平等功率下能够削减50%以上面积 |
需求操控太阳能电池板的温度，温度过高时转化率较低 |
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太阳能电池板固定地址无法移动 |
因为太阳能电池板的面积减小，因而便于带着，可用于移动物体上 |
透镜的选用要质量更轻，精度更高 |
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太阳能电池板方向固定，跟着太阳翻滚承受阳光 |
令太阳光一直以笔直视点射到透镜和太阳能电池板上，能量最大化 |
透镜及太阳能板一同移动时会有额定的能量耗费，需求将能量耗费做到最小 |
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有些计划根据某地固定的阳光轨道令太阳能板依照既定的轨道翻滚 |
咱们实时检测电流强度，在电流变弱时自动检测太阳光的最佳方位，完成盯梢功用 |
需求辨认乌云，细小转弯等状况下的辨认，防止多做功 |
