【正文】 強(qiáng)度，從而最大限度的采集太陽能。 太陽能跟蹤控制器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前國內(nèi)外跟蹤太陽能的方法有很多，但不外乎采用這兩種方式：光電跟蹤和根據(jù)日運(yùn)動軌跡跟蹤：前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。光電跟蹤靈敏度高，但結(jié)構(gòu)設(shè)計較為方便。此類跟蹤控制的優(yōu)點是控制簡單，不受天氣影響，可靠性強(qiáng)。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時刻 太陽光與光采集面垂直，此時熱量最大；而在早上或下午太陽光線都是斜射。 極軸式全跟蹤原理如圖 所示，聚光鏡的一軸指向天球北極，即與地球自轉(zhuǎn)軸相平行，故稱為極軸；另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。 圖 極軸式跟蹤 太陽能跟蹤控制器概念及原理 本設(shè)計以 AT89S52 單片機(jī)作為核心控制元件，通過將兩個光電傳感器采集到的信號經(jīng)過比較電路和 A/D，將比較結(jié)果輸出至單片機(jī)，由單片機(jī)分析處理數(shù)據(jù)并輸出至沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 ALN2022A 從而控制五線四相步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)對太陽位置的跟蹤。 第三步： 根據(jù)所提出的控制策略設(shè)計控制系統(tǒng)，選擇 合適的控制執(zhí)行部件及電機(jī)。該系統(tǒng)具有低成本的優(yōu)點，且具有較好的抗干擾能力，提高了對太陽光能的利用率。它是作為專用集成電路（ ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。表現(xiàn)在：主要控制參數(shù)通過設(shè)置寄存器變量來實現(xiàn)，修改方便；成本低廉，性能與相對簡單的太陽能跟蹤裝置系統(tǒng)匹配；數(shù)字化的控制系統(tǒng)，可以達(dá)到較高的精度，并有可能通過串行通信實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和模塊化處理；可處理多個中斷，系統(tǒng)運(yùn)行后可能出現(xiàn)以前沒有考慮到的特殊情況，相應(yīng)的擴(kuò)充政策十分簡單。 STC89C52 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。 STC89C52 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。 RST：復(fù)位輸入。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。直流電機(jī)的優(yōu)點是價格便宜，控制容易，但難以精確控制是其一大弱點。它具有快速啟，停能力在電機(jī)的負(fù)荷不超過它提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩時，可以通過輸入脈沖來控制它在一瞬間的起動和停止。下面介紹一下步進(jìn)電機(jī)的基本內(nèi)容。在歐美等發(fā)達(dá)國家 80 年代已被淘汰。 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指標(biāo) 步進(jìn)電機(jī) 是一個典型開環(huán)控制系統(tǒng)，其原理可由 錯誤 !未找到引用源。在使用細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角要求。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需要的脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個步距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī) 為例，有四相四拍運(yùn)行方式，即 ABBCCDDAAB。 失步：電機(jī)運(yùn)行時的步數(shù)不等于理論上的步數(shù)，稱為失步。 步進(jìn)電機(jī)勵磁方案選擇 步進(jìn)電機(jī)的勵磁方式分為全步勵磁和半步勵磁兩種。 其特點是：精確度好 ，消耗電力少，但輸出轉(zhuǎn)矩小，振動較小。 其特點是：輸出轉(zhuǎn)矩大，振動小，因而成為目前使用最多的勵磁方式。每送一個勵磁信號，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 度。 結(jié)合本次設(shè)計的任務(wù)要求屬于緩慢精確跟蹤，要求跟蹤過程平穩(wěn)，運(yùn)行平滑，我決定采用方案 3。步進(jìn)角： 15 度 。優(yōu)點是價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單。 達(dá)林頓管 ULN2022A,該芯片最多可一次驅(qū)動八塊步 進(jìn)電機(jī)，當(dāng)然如果只有四線或者六線的也是沒有問題的。內(nèi)部邏輯如圖 所示。 方案二：串行輸出 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 TLC1543。 TLC1543 簡介 [5]TLC1543 美國 TI 司生產(chǎn)的多通道、低價格的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 ADDRESS（ 17 腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，是一個 1 的串行地址用來選擇下一個即將被轉(zhuǎn)換的模擬輸入或測試電壓。片內(nèi)設(shè)有采樣 保持電路，在轉(zhuǎn)換結(jié)束時， EOC（ 19 腳）輸出端變高表明轉(zhuǎn)換完成。 TLC1543 管腳圖如圖 所示 ： TLC1543 工作時序： TLC1543 工作時序如圖 所示，其工作過程分為兩個周期：訪問周期和采樣周期。隨后， CPU 向 圖 TLC1543 管腳圖 ADDRESS 提供 4 位通道地址，控制 14 個模擬通道選擇器從 11 個外部模擬輸入和 3 個內(nèi)部自測電壓中選通 1 路送到采樣保持電路。模擬輸入的采樣起始于第 4 個 I/O CLOCK下降沿，而采樣一直持續(xù) 6 個 I/O CLOCK 周期，并一直保持到第 10 個 I/O CLOCK 下降沿。下面詳細(xì)介紹一下這一過程所用的器件。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。 基于本次設(shè)計的要求，我選用 CDS 光敏電阻 GL3537，其暗阻 是 10K。同時，在現(xiàn)代自動控制及儀器儀表中，常利用電橋的這些特點進(jìn)行設(shè)計、調(diào)試和控制。本次設(shè)計主要是應(yīng)用惠斯通電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)化成電壓變化。 LM358 內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。直流電壓增益高 (約 100dB) 。 15V) 。共模輸入電壓范圍寬，包括接地。輸入失調(diào)電流 50nA。電源抑制比 100dB。各種層次往往采用不同結(jié)構(gòu)的計算機(jī)。單片機(jī)還有溫度范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)的特點，故在強(qiáng)電場，強(qiáng)磁場的工業(yè)環(huán)境中有良好的工作性能，在溫度變化范圍大的惡劣條件下仍能正常工作；在鋼鐵工業(yè)的冶煉，軋鋼過程中普遍應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行過程控制。具體框圖如圖 所示： 圖 單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 光敏電阻 輸入量 控制量 輸出量 偏差 —— 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 3 太陽能跟蹤控制器硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)組成原理 本系統(tǒng)由 STC89C52 單片機(jī) ， ULN2022A,光敏電阻， TLC1543,LM358 等組成。 本次設(shè)計只使用兩個通道 ，即 A1 和 A2，因此通道地址為 0000B 和 0001B。 ULN2022A 的 COM 端和步進(jìn)電機(jī)的 COM COM2 連接到 VCC。這種方法占用 CPU 時間較少，是一種比較實用的調(diào)速方法。 圖 ULN2022A 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)模塊原理圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 4 太陽能跟蹤控制器軟件設(shè)計 程序流程圖 程序流程圖如圖 所示： 圖 流程圖 是 N Y 開始 定時器初始化 鍵盤 掃描 NUM=1? 步進(jìn)電機(jī)起動 步進(jìn)電機(jī) 起動 起動 步進(jìn)電機(jī)停止 兩路 A/D 采集 adc1adc2 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)停止 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) adc1adc2 N Y N N 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 太陽能跟蹤控制器程序設(shè)計 主函數(shù) 定義鍵值 num， adc1 和 adc2 作為 A/D 兩通道輸出結(jié)果，程序一開始進(jìn)行定時器 1的初始化，即設(shè)置定時時間，打開總中斷和定時中斷。 uint adc2=0。若值為 1，則停止標(biāo)志置 0，表示步進(jìn)電機(jī)起動；若值為 2，則停止標(biāo)志置 1，表示步進(jìn)電機(jī)停止。 StopFlag=1。 adc2= AD_1543(0X02)。 } } 定時器 1 中斷初始化函數(shù) void Init_Timer1(void) { 使用模式 1， 16 位定時器，使用 |符號可以在使用多個定時器時不受影響 TMOD |= 0x10。 ET1=1。 void DelayUs2x(unsigned char t) { while(t)。 unsigned char KeyScan(void) { Unsigned char keyvalue。 switch(keyvalue) { case 0xfe:return 1。 default:return 0。 TH1=0。時間間隔為定時器 1 的都定時時間。 case 1:Coil_AB1。i++。break。 case 5:Coil_CD1。i++。break。 } } else //反轉(zhuǎn) { switch(j) 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 { case 0:Coil_DA1。j++。break。 case 4:Coil_BC1。j++。break。 case 8:j=0。 int AD_1543(uchar n) { data uchar i,j。 clk43 = 0。通道最高位放入 1543 中，準(zhǔn)備寫入。 ab = n 4。 for(i = 0。 abit0 = dout43。j 10。 讀低兩位數(shù)據(jù) ， ab 左移 1 位，數(shù)據(jù)輸出先放入 ab 的第 0 位，然后時鐘管腳進(jìn)行一次高低變化，則一位數(shù)據(jù)傳送完畢。i++) { ab = 1。j 10。j 10。然后 片選線為高電平，芯片不被選中，此時芯片進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換周期 。 ad43_cs = 1。跟蹤控制圖片如下 片 如下： 早上六時，跟蹤裝置跟蹤上太陽光的位置，如圖 所示： 圖 早晨時 的跟蹤裝置 位置 中午 12 時，跟蹤裝置跟蹤上太陽光的位置如圖 所示： 圖 中午時 的跟蹤裝置 位置 傍晚 5 時，跟蹤裝置跟蹤上太陽光的位置如圖 所示： 圖 傍晚時的 跟蹤裝置 位置 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 6 結(jié)論與展望 本文設(shè)計了基于單片機(jī)的太陽能跟蹤控制器，使得該機(jī)構(gòu)得以實現(xiàn)太陽能跟蹤的目的，并將該設(shè)計應(yīng)用于民用太陽能的設(shè)計。本控制系統(tǒng)是閉環(huán)的控制系統(tǒng)，單片機(jī)在控制系統(tǒng)作為主要的執(zhí)行元件。對于傳感器單片機(jī)根據(jù)光敏電阻所給的反饋信息，已決定電機(jī)不同時刻的輸入角度以及轉(zhuǎn)動方向，進(jìn)而發(fā)出其對應(yīng)的脈沖個數(shù)和方向。 研究展望： [8]由于國內(nèi)太陽能開發(fā)利用的水平還不是很高，國產(chǎn)太陽能跟蹤器的精度有待進(jìn)一步的提高，民用太陽能跟蹤裝置由原來依靠重力，壓差的被動跟蹤方式，發(fā)展到現(xiàn)在利用傳感器的主動跟蹤方式，經(jīng)歷了一個很長的時間，當(dāng)時主要是由于工業(yè)控制成本過高，所以機(jī)構(gòu)相對來說設(shè)計的比較簡單，精度較低，隨著工業(yè)控制的迅速普及，其成本也大幅下降，可以提高控制系統(tǒng)的可靠性和實時跟蹤性，從而促進(jìn)了跟蹤裝置機(jī)構(gòu)的跟蹤發(fā)展。從她負(fù)責(zé)指導(dǎo)我的畢業(yè)設(shè)計開始，就對我設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)都不遺余力地給予我?guī)椭? 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 參考文獻(xiàn) [1]胡壽松 .自動控制原理 .國防工業(yè)出版社 1994 [2]李朝青 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2022。 [6]黃仁欣 .單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) [M].北京：清華大學(xué)出版社， 2022。s illumination angle changes all the time, effectively guaranteed solar panels can always being right Solar power generation efficiency will reach the best condition. Currently the world39。s firstgeneration tracker technology based on integrated use of a variety of environments around the situation, the s。 principle, circuit, technology, equipment is very plex Miscellaneous, nonprofessionals can not easily operate. Hebei, a solar photovoltaic powe