【正文】 框圖，可以設(shè)計(jì)一個(gè)太 陽(yáng)跟隨系統(tǒng)的模擬，電路中四個(gè)光敏器件 A,A39。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)較為精確，電路也比較簡(jiǎn)單。當(dāng)光強(qiáng)度達(dá)到下限值時(shí)，停止跟蹤。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 電動(dòng)機(jī)的選擇 本系統(tǒng)選擇電機(jī) 主要作用是調(diào)整激光筆的位置，指向光源。 （ 2）是控制方便。 此電機(jī)在正常通電狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，角度的變化也近乎連續(xù)，控制簡(jiǎn)單方便。 k） 式中， m為定子繞組的相數(shù)； z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)； k為通電方式系數(shù)，整部方式k=1，半步方式 k=論設(shè)計(jì)的步距角之差，以分（ ′）表示。失調(diào)角 θ和靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩 Tj之間滿足 : Tj=Tjmaxsinθ 式中 Tjmax──最大靜轉(zhuǎn)矩， N分析可知，最大負(fù)載力矩不能超過 Tq，否則電機(jī)不能啟動(dòng)。目前，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率為 1000～ 3000Hz。四個(gè)象限接收到相同的光功率，輸出相同的電壓信號(hào)。硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件，根據(jù)硅光電池光照強(qiáng)度曲線特性可知：硅光電池的開路電壓或短路電流與光強(qiáng)呈很好的線性關(guān)系。當(dāng)距離比較大時(shí)，兩者的靈敏度大大降低。 綜上所述：方案一相對(duì)比較有優(yōu)勢(shì)，所以選 LCD液晶顯示。這 2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一個(gè)對(duì)象，使對(duì)象在一個(gè)平面上以任意曲線運(yùn)動(dòng)。 存儲(chǔ)器系統(tǒng)： 4KB的程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM/Flash，可外擴(kuò)至 64KB）；128KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM,可在外擴(kuò) 64KB）；特殊功能寄存器 SFR。 89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生 ：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部始終方式。在對(duì) Flash存貯器編程期間，該引腳也用于施加編程語(yǔ)序電源。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為12MHZ時(shí)， C1為 10uF， R1為 ；晶振為 6MHZ時(shí)， C1為 22uF,R1為 1KΩ。Zr 其中： Zr——— 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的轉(zhuǎn)子齒數(shù)。此時(shí)稱步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過 176。 步進(jìn)電機(jī)的速度控步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會(huì)與輸入的脈沖速度成等比例的關(guān)系，所以在脈沖的速度愈快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)跟著加快；脈波速度愈慢時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速自然也跟著變慢。 )＝步進(jìn)電機(jī)分辨率 (176。 L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)輸出電壓可高達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓。電路較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，驅(qū) 動(dòng)能力和抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高。如果點(diǎn)光源不在光敏三極管檢測(cè)的范圍就不能檢測(cè)點(diǎn)光源的光照，所以需要手動(dòng)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)使其尋找到點(diǎn)光源。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 圖 LCD 顯示器 信號(hào)采集處理 信號(hào)類型 外界輸入信號(hào)有 3種類型：開關(guān)量、數(shù)字量和模擬量。 引腳說明： IN0— IN7是 8路模擬信號(hào)輸入。 ALE地址鎖存線?？赡艿脑蚴浅霈F(xiàn)了干擾光源或太陽(yáng)能板與太陽(yáng)位置發(fā)生偏離。 開 始初 始 化 單 片 機(jī) ， 設(shè) 置 各 端 口光 強(qiáng) 信 號(hào) 檢 測(cè)水 平 、 垂 直 信 號(hào) 判 斷驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 處 理是 否 光 控 停 止 命 令 圖 主程序圖 子程序流程圖 1） 按鍵用來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。下圖 為 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊： 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序： MX1 EQU 。 X 軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) Y 軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) SETB ENB CLR MX1 SETB MX2 SETB MY1 CLR MY2 RET GB3: CJNE A,04H,GB4 SETB ENA 。采用了比較常用功能相對(duì)強(qiáng)大的單片機(jī) AT89C51 作為核心控制器來仿真步進(jìn)電機(jī)的控制。 LED 顯示器上顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動(dòng)方向即 CCW(正轉(zhuǎn) )。設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)基本 能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，經(jīng)過調(diào)試和修改，但還是存在問題，比如按開關(guān)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，轉(zhuǎn)速有時(shí)比較亂，顯示有時(shí)也有些不理想，后面的工作就是在軟件和硬件等方面進(jìn)行修改，以完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 2)調(diào)試中遇到的問題與解決方法 第一種方法是將電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線的 A+和 A（或者 B+和 B）對(duì)調(diào)即可。 可以有效地提高太陽(yáng)能利用率，適用于各種需要跟蹤太陽(yáng)的裝置。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。為了避免在多云情況下的盲目跟蹤，如果輻射強(qiáng)度沒有達(dá)到特定值，則對(duì)于誤差信號(hào)超出死區(qū)不作任何 操作。通過 I/O 口輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過芯片 L298 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)?？刂破鹘邮盏接行У拿钶斎牒蠹磳?duì)所接收到的命令進(jìn)行解釋執(zhí)行 ,這里可執(zhí)行的主要命令包括細(xì)分設(shè)置命令、速度控制命令、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)給定步數(shù)命令及連續(xù)運(yùn)行命令等。 本系統(tǒng)是有控制核心的 AT89C51單片機(jī)對(duì)光敏三極管檢測(cè)的光源的信號(hào)進(jìn)行分析和處理然后控制步進(jìn)電機(jī)，使其跟隨點(diǎn)光源移動(dòng)。 定義變量 MY2， Y 軸電動(dòng)機(jī)控制端 2 MOTOR_ROTATE: 。 如果光線傳感器 2為暗，跳到 SD3 SD4: JB LDR1,SD4 。當(dāng)控制字表明系統(tǒng)在校正狀態(tài)時(shí)，輸出控制量的值由預(yù)期位置量和光電傳感器誤差信號(hào)共同計(jì)算產(chǎn)生。通過與一個(gè)固定阻值的電阻串聯(lián)分壓，將阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。 OUTPUT ENABLE是轉(zhuǎn)換的 8位數(shù)字信號(hào)結(jié)果允許輸出引腳 ,當(dāng)高電平時(shí)輸出允許。 ：通過采用光電耦合器、濾波電 路等措施解決外界信號(hào)對(duì)機(jī)器芯片內(nèi)部的干擾。 其 是一種具有 4位 /8位并行、 2線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模 塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192個(gè) 16*16點(diǎn)漢字，和 128個(gè) 16*8點(diǎn) ASCII字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。例如狀態(tài) 1時(shí)從 P2口輸出 00101011，然后調(diào)用延時(shí) 20ms子程序。重量 ，外形尺寸（ 56*56*45） mm。 (3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。 （ 3）步進(jìn)電機(jī)分割數(shù) /圈，又代表要讓電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所必須送出的脈沖數(shù)。所以欲使步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作的必要系統(tǒng)組成有： （ 1）脈沖產(chǎn)生器 ： 給予角度 (位置移動(dòng)量 )、動(dòng)作速度及運(yùn)轉(zhuǎn)方向之脈沖信號(hào)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令。 Zr 其中： N——— 控制方式的拍數(shù)。 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)。 （ a）上電復(fù)位 （ b）上電復(fù)位 與按鍵 圖 復(fù)位電路 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。晶振 CYS的振蕩頻率范圍在 ～12MHZ間選擇，典型值為 12MHZ和 6MHZ。當(dāng)采用外部振蕩信號(hào)源時(shí)，該引腳接收外部振蕩源的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 AT89C5l是一種低功耗、高性能的 8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有 4KB的 Flash可編程可擦除只讀存貯器，它采用 CMOS工 藝和高密度非易失性存貯器技術(shù)，而且引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51兼容。具體方框圖如圖 。可以顯示 8 4行 16 16點(diǎn)陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗又是其中的一個(gè)顯著特點(diǎn)。光敏三極管靈敏度遠(yuǎn)高于光電池 ,但受外界環(huán)境影響飄動(dòng)比較嚴(yán)重 ,用兩個(gè)光敏三極管采集點(diǎn)光源兩側(cè)的光強(qiáng)差 ,可以有效消除外界環(huán)境光的干擾 .光敏三極管接收面不僅小而且是一個(gè)有聚光功能的透鏡 ,更容易確定點(diǎn)光源的位置。單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)設(shè)備可控制俯仰角電機(jī)和方位角電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到 Vx=Vy=0，即 x=0， y=0，則表明系統(tǒng)光軸已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，根據(jù)以上原理即可對(duì)太陽(yáng)能板位置誤差進(jìn)行校正。一常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 般情況下，連續(xù)運(yùn)行頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。隨著輸入脈沖的增加，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小。上失調(diào)角 θ在 π～π之間，如果去掉外載，則轉(zhuǎn)子仍然能夠回到初始穩(wěn)定平衡位置。注意，步進(jìn)電機(jī)的步距角累計(jì)誤差在 360176。步距角就是步進(jìn)電機(jī)輸 入一個(gè)脈沖所轉(zhuǎn)過的角度。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際步距角與理論步距角總有一定的誤差，且誤差可以累加， 但是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一周后，總的誤差被清零了。使得在速度、位置等控制 領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。不僅有五種低功耗模式還有靈活的時(shí)鐘使用模式。片內(nèi)的 Flash 存貯器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存貯器編程器來編程。假設(shè)我們需要的跟蹤范圍是 150 度，那么其可識(shí)別的精度則為 150/（ 2N1）度，因此我們可以通過選擇 N 的值來方便調(diào)整需要的精度。 圖 系統(tǒng)框圖 當(dāng)檢測(cè)到太陽(yáng)能電池板上的光線不足時(shí)，單片機(jī)將通過 L298 驅(qū)動(dòng) X 軸和 Y軸電動(dòng)機(jī) MX 和 MY 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，形成支架的組合運(yùn)動(dòng)直到兩個(gè)軸的光敏傳感器都獲得最大的太陽(yáng)光為止。當(dāng)水平方向上的兩傳感器的測(cè)量數(shù)值相對(duì)接近，同時(shí)豎直方向上的兩傳感器的測(cè)量數(shù)值也相對(duì)接近時(shí)，位于豎直傳感器中間的激光筆將精確的指向光源。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 （ 1）自動(dòng)跟蹤的實(shí)現(xiàn)： 所設(shè)計(jì)的雙軸太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī)，需設(shè)計(jì)合理的程序從而對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，適時(shí)改變電池板的角度。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 太陽(yáng)的位置在一天內(nèi)不是固定的，因此太陽(yáng)能電池板需要盡可能地跟隨太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)來獲得充足的陽(yáng)光。通過單片機(jī)的運(yùn)算和處理來確定運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，同時(shí)將信號(hào)傳給步進(jìn)電機(jī)，使其與光源運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到高效利用太陽(yáng)能的目的。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中，相同條件下，采用自動(dòng)發(fā)電設(shè)備要比固定式發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量高，因此在太陽(yáng)能利用中進(jìn)行跟蹤式十分必要的。 單片機(jī)要有復(fù)位電路使組件 24h 后回到初始位置。 三、主要工作內(nèi)容： 考察分析光源跟蹤控制系統(tǒng)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用的現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展行情； 尋找相似案例，確定方案的可行性； 通過網(wǎng)絡(luò)和書籍了解并學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)；對(duì)所搜集的資料進(jìn)行整理、分析和歸納； 對(duì)光源跟蹤控制系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì) ； 對(duì) 光源跟蹤控制 系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)； 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)； 與老師和同學(xué)們進(jìn)行交流、研究、討論，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)修改，直到達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行答辯。 二、 課題研究的主要內(nèi)容： 光伏發(fā)電光源跟蹤的諸多優(yōu)勢(shì)； 光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)的整體 設(shè)計(jì)方案； 硬件設(shè)計(jì)：主控芯片、電動(dòng)機(jī)和傳感器的選擇，主控電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和按鍵的設(shè)計(jì)及信號(hào)采集處理； 軟件設(shè)計(jì)：主、子程序流程圖； 本設(shè)計(jì)的總結(jié)。 此次設(shè)計(jì)的光源跟蹤控制系統(tǒng)能夠使太陽(yáng)能利用裝置時(shí)刻保持與太陽(yáng)光線垂直，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉且跟蹤精度高，不僅能用于光伏電站的發(fā)電，小的地方還可用于太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能熱水器等各種太陽(yáng)能裝置上，具有一定的實(shí)用價(jià)值。光源跟蹤系統(tǒng)的目的就是在有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能電池板能一直垂直于太陽(yáng)跟隨太陽(yáng)同步運(yùn)動(dòng)，從而提高太陽(yáng)能電池板的發(fā)電量。 （ 2） 抗干擾性： 為保證跟蹤的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力，設(shè)計(jì)應(yīng)從硬件和軟件兩反面著來抑制 系統(tǒng)的干擾。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 光源跟蹤系統(tǒng)被用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電是必要的。 光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)方案 光強(qiáng)檢測(cè)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(cè)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(fù)性，工作可靠。這樣太陽(yáng)任何時(shí)間出現(xiàn)在圓弧的任意位置上，只要在可檢測(cè)的那 2N1 個(gè)方位上，處理器檢測(cè)到跟蹤信號(hào)接著驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電池板可以迅速跟蹤太陽(yáng)。 自身電壓 5V，有兩種工作方式 ：待機(jī)方式和掉電方式。有豐富的功能模塊其中包括多通道 1014 位 AD 轉(zhuǎn)換器、雙路 12 位 DA 轉(zhuǎn)換器、液晶驅(qū)動(dòng)器、電源電壓檢測(cè)、看門狗定時(shí)器，多個(gè) 16 位、 8 位定時(shí)器 (可進(jìn)行捕捉，比較， PWM 輸出 )、flash 存儲(chǔ)器，采用先下載程序到 flash，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行、MSP430 芯片上包括 JTAG 接口，仿真調(diào)試通過一個(gè)簡(jiǎn)單的 JTAG 接口轉(zhuǎn)換器就可以方便的實(shí)現(xiàn)如設(shè)置斷點(diǎn)等。 步進(jìn)電機(jī)也叫脈沖電機(jī)，其有許多有點(diǎn)， 因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、輕常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 工、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、儀器儀表、軍工產(chǎn)品等領(lǐng)域。 （ 4）是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。步距角為 : θ=360176。后清零。因此，稱 π θπ的區(qū)域?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。 4） 啟動(dòng)頻率和慣頻特性 步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)而不失步的頻率，稱為啟動(dòng)頻率。因此，步進(jìn)電機(jī)在以較低的啟動(dòng)頻率啟動(dòng)后，應(yīng)采用升速控制策略達(dá)到運(yùn)行頻率。 本次設(shè)計(jì)選擇的是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)