【正文】 如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟 動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?LED 顯示器上顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動(dòng)方向即 CW(反轉(zhuǎn) )。當(dāng)任意 一個(gè)光線傳感器檢測(cè)到的光強(qiáng)低于閾值時(shí)（通過(guò)電位器調(diào)節(jié)設(shè)置），單片機(jī)就會(huì)通過(guò) L298啟動(dòng) X軸和 Y軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)行組合運(yùn)動(dòng)，以調(diào)整太陽(yáng)能電池板的朝向。 定義變量 LDR1，光線傳感器 1輸入 LDR2 EQU 。 圖 ADC0809 引腳圖 信號(hào)放大采集電路如圖 。輸入接口電路的功能如下： ：將小信號(hào)轉(zhuǎn)換為 TTL電平或?qū)⒋箅妷恨D(zhuǎn)換為 TTL電平，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)所需要的脈沖信號(hào)如下圖 。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?ABCD,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A,B,C,D相的通斷。 四拍或八拍驅(qū)動(dòng)方式是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)通常采用的驅(qū)動(dòng)方式 ,在這兩種驅(qū)動(dòng)模式下 ,每當(dāng)電機(jī)繞組換相時(shí) ,電機(jī)繞組中的電流是不受控制的 ,在八拍驅(qū)動(dòng)模式下繞組的電流從 0變化到最大值 ,或從最大值變化到 0,而在四拍驅(qū)動(dòng) 模式下繞組中的電流是在正向電流最大值與反向電流最大值之間交替變化 ,在步進(jìn)電機(jī)每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖到來(lái)時(shí)由于繞組電流的劇烈變化就造成了電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的大幅波動(dòng) ,從而使電機(jī)在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng) ,并且電機(jī)每一步的運(yùn)行過(guò)程是處于一種自由運(yùn)行狀態(tài) ,無(wú)法控制電機(jī)的精確位置 ,從而使控制精度降低。上電復(fù)位原理與圖（ a）相同，另外在單片機(jī)運(yùn)行期間，還可以利 用按鍵完成復(fù)位操作。在 89C51單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的 XTAL1和 XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱(chēng)晶振），就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。在功能上，該系列單片機(jī)有基本型和增強(qiáng)型兩大類(lèi)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了光敏三極管 3DU5作為光強(qiáng)檢測(cè)傳感器。由于各象限的光功率 與各象限的光斑面積成正比，每個(gè)象限被光斑覆蓋的面積不同，因此各象限光電池產(chǎn)生的電壓不盡相同。通過(guò)計(jì)算，可以得到下表 21。引起誤差的原因主要是定子和轉(zhuǎn)子沖片的精度，齒槽分布不均勻或氣隙不均勻等。容易實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和啟、停控制，啟、停時(shí)間短。由于 AT89C51 單片機(jī)有較強(qiáng)的功能和靈活性，價(jià)格方面又很合理，它被應(yīng)用于 各種控制領(lǐng)域。當(dāng)太陽(yáng)轉(zhuǎn)到兩個(gè)微型光電池中間時(shí)，此時(shí)由于這兩路光電池輸出相等，也能判斷太陽(yáng)的方位而進(jìn)行跟蹤。 圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖 光源跟蹤設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為控制核心，通過(guò)四個(gè)光敏傳感器來(lái)對(duì)光照進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)對(duì)積累的經(jīng)驗(yàn)和所學(xué)的知識(shí)的分解與組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的新功能，另一方面提高了動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，這樣才有足夠的能力去設(shè)計(jì)新的產(chǎn)品。 意義： 人們通過(guò)對(duì)太陽(yáng)的追蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的充分利用，緩解能源危機(jī)的局面 。其導(dǎo)致現(xiàn)在一些太陽(yáng)能設(shè)備對(duì)太陽(yáng)能的利用率不高。該系統(tǒng)既能 自動(dòng)根據(jù)太陽(yáng)光方向來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能電池板組件的方向使其正對(duì)光源，又能邊跟蹤邊自動(dòng)記憶和更正不同時(shí)間的坐標(biāo)位。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮實(shí)際情況，注意 系統(tǒng)的功耗問(wèn)題 ， 采用分層控制，具體的地理位置 ，實(shí)際的施工操作等。在光信號(hào)斷續(xù)變化的場(chǎng)合，也可以把光電池作為電壓源使用。在閑置模式下， CPU 停止工作。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，步進(jìn)電機(jī)使用時(shí)對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求。 z采用不同的運(yùn)行方式和增加步進(jìn)電機(jī)相數(shù)可以提高最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 傳感器的選擇 當(dāng)光軸對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)，光斑的中心在光軸上。 在測(cè)試光敏電阻與硅光電池時(shí)，發(fā)現(xiàn)光源的距離限制了兩者的應(yīng)用范圍。 文中所述系統(tǒng)為地平坐標(biāo)系的雙軸自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)，因此 采用雙坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)控制，雙坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)控制就是在 X軸方向控制 1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，在 Y軸方向控制 1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。采用外部振蕩信號(hào)源源時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。 RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。為一整步 ,而在八拍驅(qū)動(dòng)模式下 N 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 12 =8,θs =176。脈沖數(shù) (PULSE)與移動(dòng)量間的關(guān)系式如下： 位置移動(dòng)量 (176。詳細(xì)硬件連接示意圖如下圖 ： 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 采用 L298驅(qū)動(dòng)芯片 組成驅(qū)動(dòng)電路，可以通過(guò)控制中心輸出的高低電平對(duì)電動(dòng)機(jī)的方向進(jìn)行控制，并且可以通過(guò) PWM波直接控制電動(dòng)機(jī)的速度。 表 液晶顯示器的信息 基本特性 參數(shù) 低電源電壓 VDD:++ 顯示分辨率 128 64 點(diǎn) 漢字字庫(kù) 提供 8192 個(gè) 16 16 點(diǎn)陣漢字 (簡(jiǎn)繁體可選 ) 點(diǎn)陣字符 內(nèi)置 128 個(gè) 16 8 點(diǎn)陣字符 時(shí)鐘頻率 2MHZ 顯示方式 STN、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式 1/32DUTY， 1/5BIAS 背光方式 側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/51/10 通訊方式 串行、并口可選 內(nèi)置電路 內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓 工作溫度 0℃ +55℃ ,存儲(chǔ)溫度 : 20℃ +60℃ 功能：通過(guò)單片機(jī)輸出的電機(jī)反饋信號(hào)使 LCD 顯示器顯示出步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。 VREF(+), VREF()是轉(zhuǎn)換參考電壓。下圖 。 X 軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) Y 軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) SETB ENB SETB MX1 CLR MX2 CLR MY1 SETB MY2 RET GB2: CJNE A,03H,GB3 SETB ENA 。 下圖 是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的仿真電路： 圖 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 在仿真中按下正轉(zhuǎn)按鈕電路接通此時(shí)有脈沖給予電路高電平則步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 的 IN IN IN3 為 低電平， IN4 為高電平，同時(shí) ENA 和 ENB端與接入的信號(hào)相同步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。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。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)按鍵來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速的控制。系統(tǒng)的硬件主要有控制器 AT89C51單片機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，檢測(cè)模塊，顯示模塊，鍵盤(pán)等模塊組成的。 旋轉(zhuǎn)直到光線傳感器 1為亮 JB LDR2,SD2 。當(dāng)光照強(qiáng)度變化時(shí)，電壓值變化，通過(guò)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(zhuǎn)換模塊中的 A0~A3， 分別對(duì)四路光敏三極管輸出電壓進(jìn)行采集。 ADC0809 轉(zhuǎn)換采集信號(hào) ADC0809J是 8位的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器 ,它有 8路輸入通道 ,能對(duì) 8路模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ,但在同一時(shí)刻只能轉(zhuǎn)換某一路。 說(shuō)明： （ 1）改變 DELAY子程序中的時(shí)間參數(shù)就可以改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。 （ 2）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器：依控制器所投入的脈沖信號(hào)指令，提供電流來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC=0000H，所以程序從 0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。這也是最常用的晶振電路。片常州信息職業(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 10 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(lái)編程。由該模塊構(gòu)成的液 晶顯示與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示常州信息職業(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 8 相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 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)有三種方案可選擇： 方案一：光敏電阻。 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(chēng)為啟動(dòng)頻率。后清零。 （ 4）是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。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(mén)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(guò)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(guò)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。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)。 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。 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)。 單片機(jī)要有復(fù)位電路使組件 24h 后回到初始位置。通過(guò)單片機(jī)的運(yùn)算和處理來(lái)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。 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。 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(guò) 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。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(lái)編程。使得在速度、位置等控制 領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。步距角就是步進(jìn)電機(jī)輸 入一個(gè)脈沖所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。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。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。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。具體方框圖如圖 。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。 （ 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。 Zr 其中： N——— 控制方式的拍數(shù)。 （ 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)。重量 ，外形尺寸（ 56*56*45） mm。 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。 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。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。 定義變量 MY2， Y 軸電動(dòng)機(jī)控制端 2 MOTOR_ROTATE: ?？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。為了避免在多云情況下的盲目跟蹤，如果輻射強(qiáng)度沒(méi)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。 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。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(guò)調(diào)試和修改，但還是存在問(wèn)題，比如按開(kāi)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)。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(lái)仿真步進(jìn)電機(jī)的控制。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 ?？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。 引腳說(shuō)明： IN0— IN7是 8路模擬信號(hào)輸入。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。 L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相