20.3.2 光信号采集的设计
光信号采集部分主要完成如何收集太阳光线强度的变化，同时将光信号转换成电信号。目前对光信号的采集有多种路径，其中应用较多的有光敏电阻采集、光敏管采集，还有一些根据太阳能板电流、电压、功率的变化提取信号的方式，国外还有一些重力差式和简易液压式的太阳跟踪装置。这些方法都有其优缺点，光敏管和光敏电阻采集方式实现起来相对容易，电路搭建简单，且没有累计误差的出现。功率采集，相对复杂，但精确度高且利于后续系统的开发利用。
经综合考虑，本系统采用光敏电阻式设计，其原理是在东西南北4个方向太阳光信号进行采集，光敏电阻放置示意图如图20-11所示，东西南北4个方向各放1个，形成两组光电信号采集模块；单片机根据采集所得的电压信号进行A-D模数转换再进行大小比较，得出电压信号比值，最终根据信号比值控制直流电动机的转动来达到太阳电池面板始终垂直于入射光线，从而达到最高效率的太阳能利用。图20-12是光敏电阻采集板的实物图，为增加灵敏度，减少光线间的互相干扰，如图中所示增加了十字型机构的导光装置。
图20-13为光信号采集模块的电路原理图，由4个光敏电阻R9、R10、R11、R12和4个分压电阻R14、R15、R16、R17组成，每个光敏电阻与分压电阻组成串联电路。R9、R10采集东西方向光线信号，R11、R12采集南北方向光线信号，AIN0～AIN3为4路采集到的电压信号，4个电压信号分别送入单片机控制模块进行分析处理，4个0.1μF的电容C1、C2、C3、C4实现对信号滤波的作用，用于提高信号质量。
图20-11 光敏电阻安放原理图示意图
图20-12 光敏电阻采集模块实物图
下面给出不同环境下光信号采集模块的参数指标。
1.太阳光照强度下阈值的选择
室外环境太阳光线下，由于光照强度比较大，光敏电阻的阻值随着光线的增强阻值变小，光线的减小阻值变大。经实际测量，在室外环境下光敏电阻阻值范围为200Ω～1.2kΩ左右，进而对每一个光敏电阻配备阻值为10kΩ的分压电阻。根据电路定律KVL方程可推出从光敏电阻上获得的电压范围为98～536mV左右。根据现场反复测验，选取50mV作为阈值电压，在单片机控制程序中进行设置。
图20-13 光信号采集模块电路原理图
2.室内台灯环境下阈值的选择
在室内台灯光线下，光照强度比较小。经实际测量，在室内环境下光敏电阻阻值范围为70kΩ到150kΩ左右，进而对每一个光敏电阻配备阻值为50kΩ的分压电阻。根据电路定律KVL方程可推出光敏电阻输出电压范围为2.92～3.75V左右。根据现场反复测验，选取500mV作为阈值电压，在单片机控制程序中进行设置。