Слежение за солнцем по двум осям на Arduino

Система слежения за солнцем с двумя осями — это умная конструкция, которая позволяет солнечной панели самостоятельно следовать за солнцем в течение дня. В отличие от фиксированных панелей, такая система может увеличить количество собранной энергии на 30–40%, поскольку панель всегда ориентирована под прямым углом к солнечным лучам. Основой проекта является плата Arduino, датчики света и сервоприводы, которые управляют движением панели по горизонтали и вертикали.

×

Что понадобится для сборки

• Плата Arduino Uno (или Nano)
• Четыре LDR — фоторезистора
• Два сервопривода для движения по осям
• Солнечная панель (малой мощности для прототипа)
• Резисторы 10 кОм (для делителей напряжения)
• Макетная плата и джампер-провода
• Корпус или рама для крепления панели и датчиков

Как работает система слежения

Основная идея заключается в том, что фоторезисторы (LDR) считывают интенсивность света с разных направлений. Четыре датчика устанавливаются в виде крест-массива: верхний-левый, верхний-правый, нижний-левый и нижний-правый. Arduino периодически читает значения с каждого LDR и сравнивает их. Если один участок получает больше света, чем другой, система делает вывод, что панель нужно повернуть в соответствующую сторону.

Для движения используются два сервопривода: один отвечает за горизонтальное вращение (влево-вправо), а второй — за вертикальный наклон (вверх-вниз). Arduino обрабатывает входящие значения LDR и на основе разницы между ними вычисляет направление, в котором панель должна быть ориентирована.

Назначение выводов

×

Алгоритм слежения

В основе системы лежит простой, но эффективный алгоритм. Сначала Arduino считывает значения с четырёх LDR. Затем он вычисляет средние значения освещённости для верхней и нижней пары датчиков, а также для левой и правой пары. На основе разницы между этими средними значениями система определяет, нужно ли поворачивать панель вверх или вниз, влево или вправо.

Если, например, верхние датчики фиксируют больше света, чем нижние, это означает, что панель наклонена вниз, и её нужно поднять. Аналогично, если левый датчик измеряет больше света, чем правый, панель поворачивается влево. Таким образом Arduino постоянно корректирует позицию панели, чтобы она всегда была направлена к источнику максимальной освещённости.

Пример скетча Arduino

#include 

Servo servoHoriz;
Servo servoVert;

int ldrTL = A0;
int ldrTR = A1;
int ldrBL = A2;
int ldrBR = A3;

int horizPos = 90;
int vertPos = 90;

void setup() {
  servoHoriz.attach(9);
  servoVert.attach(10);
  servoHoriz.write(horizPos);
  servoVert.write(vertPos);
  Serial.begin(9600);
}

int avgLdr(int a, int b) {
  return (analogRead(a) + analogRead(b)) / 2;
}

void loop() {
  int topAvg = avgLdr(ldrTL, ldrTR);
  int botAvg = avgLdr(ldrBL, ldrBR);
  int leftAvg = avgLdr(ldrTL, ldrBL);
  int rightAvg = avgLdr(ldrTR, ldrBR);

  int vertDiff = topAvg - botAvg;
  int horizDiff = leftAvg - rightAvg;

  if (abs(vertDiff) > 20) {
    vertPos += (vertDiff > 0) ? 1 : -1;
    vertPos = constrain(vertPos, 0, 180);
    servoVert.write(vertPos);
  }

  if (abs(horizDiff) > 20) {
    horizPos += (horizDiff > 0) ? -1 : 1;
    horizPos = constrain(horizPos, 0, 180);
    servoHoriz.write(horizPos);
  }

  delay(50);
}

Этот скетч демонстрирует базовую логику слежения за солнцем: Arduino считывает значения с LDR, вычисляет разности и перемещает сервы для оптимального положения панели. Пороговая разница (`20` в примере) помогает избежать «дёрганий» при незначительных колебаниях света.

FAQ — Двойная солнечная система слежения на Arduino

Заключение

Система слежения за солнцем с двумя осями — отличный проект для знакомства с управлением аналоговыми датчиками, PWM-серво и обработкой данных в реальном времени. Такой трекер помогает существенно повысить эффективность солнечных панелей и хорошо подходит для изучения автоматизации и возобновляемой энергетики.