【正文】 器等各種太陽能裝置上，具有一定的實用價值。 本設計的目的是為了提高設計者自身設計產品的能力，將理論與實際相結合，實踐所學的知識，豐富實踐經驗。光源跟蹤系統(tǒng)的目的就是在有陽光時，太陽能電池板能一直垂直于太陽跟隨太陽同步運動，從而提高太陽能電池板的發(fā)電量。硬件部分設計是圍繞著太陽能電池板、步進電機驅動電路、 按鍵、液晶顯示器、 AT89S51 型單片機這些主要部件進行設計的。 （ 2） 抗干擾性： 為保證跟蹤的準確性，系統(tǒng)必須具有較強的抗干擾能力，設計應從硬件和軟件兩反面著來抑制 系統(tǒng)的干擾。主要設計思路框圖如圖 所示。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 3 光源跟蹤系統(tǒng)被用于太陽能光伏發(fā)電是必要的。和 B,B39。 光強檢測系統(tǒng)方案 光強檢測系 統(tǒng)是以傳感器為中心和其他各環(huán)節(jié)組成，為了得到正確、無誤的信息，這就要求傳感器和檢測系統(tǒng)精度、靈敏度和分辨率高且其具有好的線性、穩(wěn)定性和重復性，工作可靠。在結構上，用 N 個 微型光電池均勻分布在一個半圓弧上，若太陽正對某一個微型光電池時，則此時它的輸出最大，這樣系統(tǒng)就能判斷此 時太陽的位置從而進行跟蹤。這樣太陽任何時間出現(xiàn)在圓弧的任意位置上，只要在可檢測的那 2N1 個方位上，處理器檢測到跟蹤信號接著驅動電機轉動，此時電池板可以迅速跟蹤太陽。而在中間狀態(tài)時實行疏跟蹤。 自身電壓 5V，有兩種工作方式 ：待機方式和掉電方式。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。有豐富的功能模塊其中包括多通道 1014 位 AD 轉換器、雙路 12 位 DA 轉換器、液晶驅動器、電源電壓檢測、看門狗定時器，多個 16 位、 8 位定時器 (可進行捕捉，比較， PWM 輸出 )、flash 存儲器，采用先下載程序到 flash，再在器件內通過軟件控制程序的運行、MSP430 芯片上包括 JTAG 接口，仿真調試通過一個簡單的 JTAG 接口轉換器就可以方便的實現(xiàn)如設置斷點等。有以下方案可供選擇： 方案一：步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。 步進電機也叫脈沖電機，其有許多有點， 因而廣泛應用于機械、冶金、輕常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 5 工、計算機外圍設備、儀器儀表、軍工產品等領域。步進電機是以“步”為單位旋轉的，數字特征比較明顯。 （ 4）是整機結構簡單。 由于本次跟蹤設計對電機轉動的精度有較高的要求，直流減速電機在此方面有明顯的不足速度不容易控制， 而步進電機的控制和實現(xiàn)是相對簡單一些。步距角為 : θ=360176。步進電機的靜態(tài)步進誤差一般在 10′之內。后清零。 m； θ──失調角， θ=2π /m（ m為一個通電順序內的拍數）。因此，稱 π θπ的區(qū)域為步進電機的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。不同相數的電機，啟動轉矩不同。 4） 啟動頻率和慣頻特性 步進電機從靜止狀態(tài)突然啟動而不失步的頻率，稱為啟動頻率。電動機啟動頻率與轉子和負載的慣性有關。因此，步進電機在以較低的啟動頻率啟動后，應采用升速控制策略達到運行頻率。當光軸未對準太陽時即太陽光與光軸成一角度 θ時，光線經光學系統(tǒng)照射到四象限光電池上形成的光斑必然發(fā)生偏移即 (x≠ 0， y≠ 0)。 本次設計選擇的是步進電機，步進電機驅動有三種方案可選擇： 方案一：光敏電阻。 方案三：光敏二極管。 用四個光敏三極管組成四象限感光面，上下左右各一個光敏三極管。經實踐測定，光敏二級管與光敏三極管滿足要求，但在反映速度，及變化的靈敏、快速性方面，光敏三極管更勝一籌，因此傳感器選擇方案四。由該模塊構成的液 晶顯示與同類型的圖形點陣液晶顯示常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 8 相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 9 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設計 硬件方框圖 本系統(tǒng)是有控制核心的單片機對傳感器檢測的光源的信號進行分析和處理然后控制電機，使其跟隨點光源移動。 電 池 板鍵 盤X 軸 電 機驅 動Y 軸 電 機驅 動傳 感 器顯 示單 片 機 圖 硬件方框圖 主控系統(tǒng) 本設計采用 TI公司的 AT89C51單片機 分別作為發(fā)送部分和接受部分的控制核心，完成信號發(fā)送和接收、電流檢測、控制電機、鍵盤輸入及液晶顯示等功能。 單片機主要特點 是由 ATMEL公司生產的一個單片機。片常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 10 內的 Flash存貯器允許在系統(tǒng)內可改編程序或用常規(guī)的非易失性存貯器編程器來編程。 I/O口和其他功能單元 ： 4個并行 I/O； 2個 16為定時 /計數器； 1個全雙工異步串行口；中斷系統(tǒng)（ 5個中斷源、 2個優(yōu)先級）。 (2)XTAL2:接外部晶體的另一個引腳。內部時鐘方式如圖所示。這也是最常用的晶振電路。 當在 89C51單片機的 RST引腳引入高電平并保持 2個機器周期時，單片機內部就執(zhí)行復位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。常用的上電復位電路如圖 （ a）所示。 上電與按鍵均有的復位電路如圖 （ b）所示。初始化后，程序計數器PC=0000H，所以程序從 0000H地址單元開始執(zhí)行。 步進電動機每次換相轉過的角度稱為步距角。 對于兩相混合式步進電機當 Zr =50時 ,在兩相混合式步進電機四拍驅動模式下 N =4,θs =176。為一個半步。 （ 2）步進驅動器：依控制器所投入的脈沖信號指令，提供電流來驅動步進電機動作。電機的運轉速度 (RPM)與脈沖速度 (PPS， 又稱 Hz)間的關系式如下： 電機的運轉速度 (RPM)＝脈沖速度 (PPS或 Hz) 60247。 （ 4）上述公式拆解后之單位表示為→ RPM=PPS 60 1/分割數 步進電機的控制 步進電機不需要位置傳感器 (SENSOR)，就可依照輸入的脈沖數決定移動量，并將負載順利、正確的送達指定位置點上。 )輸入脈沖數 (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。橋式整流電路雖然用了四肢二極管，但卻克服了全波整流電路要求變壓器次級有中心抽頭和二極管承受反壓大的缺點。 本系統(tǒng)由 AT89C51單片機產生相應的脈沖信號，通過 P2口（ ， ， ， ， ）輸出，送到驅動芯片 L298N對相脈沖信號進行處理，驅動步進電機轉動。 注意： ENA和 ENB必須接與輸入到驅動芯片中完全相同的脈沖信號，否則就無法轉動。 說明： （ 1）改變 DELAY子程序中的時間參數就可以改變步進電機的運行轉動速度。鍵盤就在這個過程中應用?？梢燥@示 8 4行 16 16點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點。而機器芯片能夠接收和處理的信號是 TTL點評信號，上述三種信號形式不一定直接被識別接收，中間需要接口電路。 ADC0809 轉換采集信號 ADC0809J是 8位的模擬信號到數字信號的轉換器 ,它有 8路輸入通道 ,能對 8路模擬信號進行轉換 ,但在同一時刻只能轉換某一路。 STAPT是 A/D轉換啟動輸入腳 ,有一個高脈沖輸入時開始進行轉換。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 17 CLOCK是輪換器需要的時鐘信號。 ADD A, ADDB, ADDC是地址輸入 ,用它們來選擇要轉換的通道。當光照強度變化時，電壓值變化，通過反相比例放大電路將電壓值 放大，放大后送入 8路12位 A/D轉換模塊中的 A0~A3， 分別對四路光敏三極管輸出電壓進行采集。為了避免在多云情況下的盲目跟蹤，如果輻射強度沒有達到特定值，則對于誤差信號超出死區(qū)不作任何操作。 檢測信號送入單片機 I/O口 ,通過 A/D轉換 ,轉化為數字脈沖信號 .當光照強度偏離基準點時 ,程序通過對臨近光照強度的采集 ,與基準光照強度比較 ,控制電機轉向 ,準確跟蹤光源的具體位置 ,初始時刻設置基準電壓信號 ,或者預先掃描整個光照區(qū)域確定光照強度最大的點所對應的信號電壓為基準電壓，當光源移動時 ,光敏三極管接收到的光照強度減小 ,此時單片機控制電機向周圍空間尋找光源 ,當找到光照強度最大的位置時電機停止移動 ,同時激光 筆被點亮。圖 為按鍵 模塊： 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 20 開 始按 鍵正 轉P 1 . 0 = ? 0按 鍵 判 斷P 1 . 2 = ? 0 P 1 . 3 = ? 0P 1 . 1 = ? 0反 轉減 速加 速顯 示 轉 動 方 式 圖 按鍵 按鍵子程序： LDR1 EQU 。 旋轉直到光線傳感器 1為亮 JB LDR2,SD2 。 定義變量 MX1， X 軸電動機控制端 1 MX2 EQU 。 X 軸和 Y 軸電動機組合運動 啟 動參 數 設 置掃 描 四 向 A / DX 軸 兩 邊 采樣 是 否 相 等調 整 X 軸 方向 步 進 電 機Y 軸 兩 邊 采樣 是 否 相 等調 整 Y 軸 方向 步 進 電 機結 束NYNY常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 23 MOV A,MOTT CJNE A,01H,GB1 SETB ENA 。 X 軸和 Y 軸電動機反轉 SETB ENB CLR MX1 SETB MX2 CLR MY1 SETB MY2 RET 程序實現(xiàn)太陽跟隨系統(tǒng)實時跟蹤太陽，當直射到太陽能電池板的光線變弱時，程序會自動改變電池板的方向、位置去得到最大的強度的太陽光。系統(tǒng)的硬件主要有控制器 AT89C51單片機，電機驅動模塊，檢測模塊，顯示模塊，鍵盤等模塊組成的。 該設計的軟件結構 中 系統(tǒng)上電后先進行必要的初始化操作 ,包括主處理器內部時鐘系統(tǒng)的設置、定時 /計數器的初始化、串行口、 I/O 端口及中斷系統(tǒng)的設置等。電機運行控制與定時計數器的應用關系密切 。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 25 下圖 是電機反轉的仿真電路： 圖 電動機反轉 在仿真中按下正轉按鈕電路接通此時有脈沖給予電路高電平則步進電機驅動芯片 L298N 的 IN1 為高電平， IN IN IN4 為低電平，同時 ENA 和 ENB端與接入的信號相同步進電機正轉?？梢酝ㄟ^按鍵來對步進電機進行正轉，反轉及轉速的控制。 問題處理與分析 1)光源跟蹤控制系統(tǒng)異常處理 程序運行中會發(fā)生多種異常情況，有些可以通過檢查輸入數據判斷，而有一些情況系統(tǒng)可以自行校正。太陽能板與太陽位置發(fā)生偏離的情況下，系統(tǒng)有能力自動的回復運行狀態(tài)。第二種方法是按所示圖逆時針輸出脈沖信號。伴隨著不同的數字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。 在系統(tǒng)設計的過程中學習到了很多的知識，了解了一個系列的單片機 MSP430，并學習了一些相關。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 27 第 6 章 結束語 本次設計方案是基于 AT89C51單片機的光源自動跟蹤裝置， 光敏三極管檢測到的信號經過放大在送給單片機并處理并顯示在液晶屏幕上，同時將處理的結果以脈沖的形式輸出給步進電機，使激光筆跟蹤到點光源的位置。 遇到這種情況時，首先檢查電機與驅動芯片 L298N 的連接是否正確；如沒有接錯再檢查輸入頻率是否太高；是否升降頻設計不合理；以上原因都不是，可能是驅動器燒毀。當控制字表明系統(tǒng)在校正狀態(tài)時，輸出控制量的值由預期位置量和光電傳感器誤差信號共同計算產生?？赡艿脑蚴浅霈F(xiàn)了一干擾光源或太陽能板與太陽位置發(fā)生偏離。反轉： CCW）。 調試與分析 本設計采用 51 單片機 AT89C51（晶振頻率為 12MHZ）對兩相四線制步進電機進行控制。 下圖 是電動機正轉的仿真電路： 圖 電動機正轉 在仿真中按下正轉按鈕電路接通此時有脈沖給予電路高電平則步進電機驅動芯片 L298N 的 IN IN IN3 為 低電平， IN4 為高電平，同時 ENA 和 ENB端與接入的信號相同步進電機正轉。其二是通過串行口接收上位機的控制命令。通過對步進電機的軟件設計和硬件設計包括步進電機的結構、原理及應用，根據原理和硬件的設計利用 C 語言編寫程