【正文】 i7。 return temp。 RST_H。 i++) //一個(gè)周期轉(zhuǎn) 30度 { PORTB = REV2[i]。 i++) //一個(gè)周期轉(zhuǎn) 30度 { PORTB = REV1[i]。 //讀取低 8位數(shù)據(jù) addata+=ADCH*256。所以，本次設(shè)計(jì)的太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)比較理想化、個(gè)性化，充分考慮到了各種各樣的情況，以保證系統(tǒng)整體方面的優(yōu)良。我上網(wǎng)查找這種情形的解決辦法，但是都解決不了我的問題。寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，比如是點(diǎn)亮一盞 LED，測(cè)試單片機(jī)是否能正常工作。然開始 |U1 U2| 設(shè)定值 ? 讀取 U UU U4值 U1 U2 ？ 否 是 否 是 步進(jìn)電機(jī) 2 正轉(zhuǎn)一個(gè)角度 是 步進(jìn)電機(jī) 1反轉(zhuǎn)一個(gè)角度 U3 U4 ？ 步進(jìn)電機(jī) 1 正轉(zhuǎn)一個(gè)角度 步進(jìn)電機(jī) 2反轉(zhuǎn)一個(gè)角度 否 否 是 |U3 –U4| 設(shè)定值 ? 18 后寫 ADC 多工選擇寄存器 ADMUX，指定要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換的端口和選擇參考電壓，本設(shè)計(jì)指定的轉(zhuǎn)換端口為 PA0~PA4，參考電壓選擇外部的參考電壓。如果分鐘值不是 20 的整數(shù)倍，則不對(duì)太陽光進(jìn)行跟蹤，繼續(xù)獲取光敏電阻的電壓值。它有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。 J2 為排針，與步進(jìn)電機(jī)相連。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩 輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。 。當(dāng)平板對(duì)準(zhǔn)了 太陽后，對(duì)稱的兩個(gè)光敏電阻的光照強(qiáng)度就會(huì)相同，即 R8和 R9 的光強(qiáng)相同， R10 和 R11的光強(qiáng)相同。光敏電阻是一種沒有極性的電阻器件。在一些要求較高的場(chǎng)合，建議使用外部的晶振線路。 ATmega16 有如下特點(diǎn)： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編 程 Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個(gè)通用 I/O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (T/C)，片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8路10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的 ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，控制水平電機(jī)和俯仰電機(jī)運(yùn)行，對(duì)水平方向和垂直方向進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到跟蹤太陽的目標(biāo)。這種方法由光電轉(zhuǎn)換器根據(jù)太陽光和接收板之間的偏差產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)，經(jīng)過放大整理后，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得接收裝置對(duì)準(zhǔn)太陽（ 鄭小年等， 2020） 。太陽能的利用開始逐漸被人類重視。太陽能是一種可再生能源，并且具有清潔、豐富等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景。 經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，石化能源大量使用的同時(shí)也加劇了環(huán)境的污染和危害，這種危害表現(xiàn)為大量溫室氣體排放引起全球溫度升高加劇、南極臭氧層空洞擴(kuò)大、酸雨和暴雪等極端氣候出現(xiàn)以及各種疾病的復(fù)活等。一種是視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤法，太陽相對(duì)與地球上某一點(diǎn)的位置，是可以近似計(jì)算的。 3 2 總體方案確定 方案簡(jiǎn)述 本方案的太陽能跟蹤充電系統(tǒng)以 ATmega16 單片機(jī)為主控 芯片，由光電檢測(cè)模塊、時(shí)鐘模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等組成。 ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件 ， AVR 芯片也能穩(wěn)定工作。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。電路用了光敏電阻（ R7R11）與負(fù)載電阻（ R2R6）相接，再接到 ATmega16 單片機(jī)的輸入口 PA0（ ADC0）、 PA1（ ADC1）、 PA2（ ADC2）、 PA3（ ADC3）和 PA4（ ADC4）進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ADC 包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過程中輸入到 ADC 的電壓保持恒定。步進(jìn)電機(jī)可以直 接用數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)，使用非常方便，一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)移動(dòng)的，而步進(jìn)電機(jī)則有電動(dòng)機(jī) 11 則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。 ULN2020 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 11所示。 J3是排針，與太陽能電池板的正負(fù)極相連，VCC2 代表太陽能電池板的正極， GND2 表示太陽能板的負(fù)極。啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，獲取光敏電阻的電壓值 U0、 U U U3和 U4。 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果為 10 位，存放于 ADC數(shù)據(jù)寄存器 ADCH 和 ADCL 中。把所有的芯片安裝到對(duì)應(yīng)的插座上，用萬用電表檢查元器件引腳之間有沒有 短路、接觸不良等現(xiàn)象。 編寫 ULN2020 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的程序，在開發(fā)板上運(yùn)行正確，但在自己焊接的板子上電機(jī)不運(yùn)行，我對(duì)硬件進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有一根線要連上 VCC，可是沒有接上，于是我把線焊接好。 表 1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 實(shí)驗(yàn) 1充電時(shí)間 /小時(shí) 實(shí)驗(yàn) 2充電時(shí)間 /小時(shí) 1 2 3 7 結(jié)論 本太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取了傳統(tǒng)的硬件和軟件相結(jié)合的開發(fā)方法，使用了ATmega16 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制處理中心，而 ATmega16 單片機(jī)具有硬件設(shè)計(jì)方便，資源豐富，程序指令快速簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以保證了 該系統(tǒng)反應(yīng)的快速性和靈敏性。 //啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 while(!(ADCSRamp。 j12。 j12。 Delayus(5)。 } RST_L。 l_tmpdate[i]=l_tmpdate[i]+tmp*16。 Write_Ds1302(0X82,0)。i7。 DDRDamp。 Delayus(5)。 uint j。 uint j。如果此系統(tǒng)能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)上有較多改進(jìn)，能夠加上顯示模塊的話，相信本系統(tǒng)將會(huì)有很大的改進(jìn)，在性能上會(huì)有很大的提高。 對(duì) DS1302 進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，我改了很多遍程序，數(shù)碼管都沒 有顯示正確的時(shí)間。 在寫程序之前，先學(xué)習(xí) ATmaga16 單片機(jī)的 AD 轉(zhuǎn)換的使用方法、 DS1302 芯片的時(shí)序要求和有關(guān)芯片相關(guān)的指令后，編寫各個(gè)部 分的程序流程圖，然后開始編程。 圖 19 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖 DS1302 時(shí)鐘程序設(shè)計(jì) DS1302 與單片機(jī)的連接需要三條線： CE引腳、 SCLK 串行時(shí)鐘引腳和 I/O 串行數(shù)據(jù)引腳。太陽跟蹤算法程序流程圖如圖 18 所示。雖然是按照固定電壓值來設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?后，就能獲得各種不同的電壓和電流。內(nèi)部的 8 位模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自 動(dòng)調(diào)整充電電流，用戶不需要考慮最壞情況，可最大限度地利用輸入電壓源的電流輸出能力，非常適合利用太陽能電池等電流輸出能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī) 28BYJ48 型是四相八拍電機(jī)，實(shí)物圖如圖 10所示，輸入電壓為 DC5VDC12V。 時(shí)鐘電路 DS1302 時(shí)鐘芯片介紹 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、 低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加 31字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM 數(shù)據(jù)。 9 VCCGND10KR21KR7光敏電阻PA0VCCGND10KR31KR8光敏電阻PA1VCCGND10KR41KR9光敏電阻PA2VCCGND10KR51KR10光敏電阻PA3VCCGND10KR61KR11光敏電阻PA4 圖 7 光強(qiáng)度檢測(cè)電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換模塊 使用 ATmega16內(nèi)部自帶的 A/D轉(zhuǎn)換器， ADC具有專門的時(shí)鐘。 金屬封裝的硫化鎘光敏電阻結(jié)構(gòu)圖 如圖 6 所示。為減小 AD 轉(zhuǎn)換的電源干擾， ATmega16 7 單片機(jī) 芯片有獨(dú)立的 AD 電源供電。 ATmega16 有 4 個(gè) 8位的雙向 I/O 端口 PA、 PB、 PC、 PD，他們對(duì)外對(duì)應(yīng) 32 個(gè) I/O 引腳，每一位都可以獨(dú)立地用于邏輯信號(hào)的輸入和輸出。圖 1 為系統(tǒng)的總體框圖。這類跟蹤方式具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制較為容易的特點(diǎn)，比較合適在光照強(qiáng)度充足和光照比較穩(wěn)定的地區(qū)。太陽能的分布廣泛，在偏遠(yuǎn)地區(qū)及地理環(huán)境相對(duì)惡劣的山區(qū)、農(nóng)村等地方提供太陽能所轉(zhuǎn)化的各種能量，可以降低運(yùn)輸壓力，而且能緩解能源供應(yīng)的矛盾。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制中心，采用太陽能雙軸跟蹤裝置充電，可在兩個(gè)自由度中上對(duì)太陽進(jìn)行跟蹤，有效的提高太陽能的利用率。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2020 年中國成為世界能源第一消耗大國，能源消耗總量為 百萬噸油當(dāng)量，同比增長(zhǎng) %，占 世界總能源消耗的 % 。理論分析表明：太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差 %，因此進(jìn)行高精度的太陽跟蹤是很有必要的（ 楊金煥等， 2020） 。 （ 2） 選擇合適的主控芯片，對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。光敏電阻 3 和光敏電阻 4 對(duì)太陽垂直角度的 光電檢測(cè)模塊 電源模塊 A/D 轉(zhuǎn)換 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電模塊 太陽能充電模塊 時(shí)鐘模塊 ATmega16 單片機(jī)模塊 4 變化進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的光線變化信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理后驅(qū)動(dòng)俯仰電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電池板垂直角度的調(diào)整。為了可靠，再加上一只 的電容 (C5)以消除干擾、雜波。由于沒有外圍零件，故 PB5（ MOSI）、 PB6（ MISO）、 PB7（ SCK）、復(fù)位腳仍可以正常使用 ，不受 ISP 的干擾。后者性能穩(wěn)定，特性較好，故目前大都采用它。七路差分模擬輸入通道共享一個(gè)通用負(fù)端 (ADC1), 而其他任何 ADC 輸入可作為 正輸入端。本設(shè)計(jì)中， CE 引腳與單片機(jī) PD5 腳相連， SCLK 引腳與單片機(jī) PD4腳相連， I/O引腳與單片機(jī) PD5腳相連。 ULN2020 是耐高壓、大電流達(dá)林頓系列，由七個(gè)硅 NPN達(dá)林頓管組成。 CN3063 采用散熱增強(qiáng)型的 8 管腳小外形封裝 (SOP8)， CN3063 的 引腳分布如圖 13所示。 Vin1GND2Vout3U2 7805220uFC2100uFC3C4C1GNDVCC+1212J1 圖 16 電源電路圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及工作原理 本系統(tǒng)的軟件程序部分使用了 ATmega16單片機(jī)的 PA0PA4端口對(duì)光敏電阻的電壓值進(jìn)行采集，用 PB0PB7 端口對(duì)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，用 PD4PD6 口獲取實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的端口 A 的前 5 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。把 CE（ PD5）設(shè)置為低電平，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。 由于沒有使用 ATmega16 單片機(jī)中的 A/D轉(zhuǎn)換功能的經(jīng)驗(yàn)，所以，我找了一個(gè)參考程序，然后進(jìn)行自己的改編。 實(shí)驗(yàn) 1：在晴天的條件下，不進(jìn)行太陽跟蹤，對(duì)一節(jié)鋰電池進(jìn)行太陽能充電，記錄充電的時(shí)間。 //采用外部參考電壓，輸出數(shù)據(jù)右對(duì)齊 ADMUX|=chl。 //調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 } } } /********************************************************/ /* /*步進(jìn)電機(jī) 1 反轉(zhuǎn) /* /********************************************************/ void motor_rev1() { uchar i。 //調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 } }