太陽(yáng)能自動(dòng)追光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-22 05:35 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 S=πr178。=178。σ =F/S=σs = 353MPa。所以，該軸符合要求。 軸承的選擇(一) 軸承1的選擇 該支承根據(jù)工作條件決定選用深溝球軸承，軸承徑向載荷Fr=1500N，軸向載荷Fa=5500N，軸承轉(zhuǎn)速n=300r/min，裝軸承處的軸頸直徑大約為30mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊，預(yù)期計(jì)算壽命Lh=5000h。(1) 求比值Fa/Fr=5500/1500=e(2) 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，P=fp(XFr+YFa) 因?yàn)檩p微沖擊，所以載荷系數(shù)fp=～，取fp=。同時(shí)可得X=，Y值需在已知型號(hào)和基本額定靜載荷Co后才能求出?，F(xiàn)暫選一近似中間值，取Y=，則P=(1500＋5500)=10908N(3) 求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值 C=P179?！?60nLh/10178。= (211)(二) 軸承2的選擇 該支承根據(jù)工作條件決定選用深溝球軸承，軸承徑向載荷Fr=5500N，軸向載荷Fa=2700N，軸承轉(zhuǎn)速n=300r/min，裝軸承處的軸頸直徑為大約25mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊，預(yù)期計(jì)算壽命Lh=5000h。 (1) 求比值Fa/Fr=2700/5500=e (2) 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，P=fp(XFr+YFa) 因?yàn)檩p微沖擊，所以載荷系數(shù)fp=～，取fp=。同時(shí)可得X=，Y值需在已知型號(hào)和基本額定靜載荷Co后才能求出。現(xiàn)暫選一近似中間值，取Y=，則P=(5500＋2700)=8556N (3) 求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值C=P179?！?60nLh/10178。179。 = 抗風(fēng)性分析(一) 底座上螺釘校核危險(xiǎn)截面面積 (212)螺釘應(yīng)力副 (213) 則 (214)螺釘疲勞極限 (215)極限應(yīng)力幅 (216) (二) 軸校核判斷危險(xiǎn)截面主軸端面往下170mm處材料選用45鋼調(diào)質(zhì) 。對(duì)稱循環(huán)疲勞極限 (217)脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限 (218)等效系數(shù) (219)截面上的應(yīng)力 有效應(yīng)力集中系數(shù)表面狀態(tài)系數(shù)尺寸系數(shù)彎曲安全系數(shù)設(shè)為無(wú)限壽命，k=1 (220)軸強(qiáng)度滿足要求。3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)傳感器光電轉(zhuǎn)換單片機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)電源圖31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)此系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器、89C51系列單片機(jī)以及相應(yīng)的外圍電路等組成。太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度?？刂茩C(jī)構(gòu)將分別調(diào)整水平方向與垂直方向。單片機(jī)上電復(fù)位后，將使垂直方向處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，單片機(jī)會(huì)判斷采樣進(jìn)來(lái)的電壓信號(hào)，即兩種可能電壓有增大和減小，如電壓是增大，則讓電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦電壓是減小，單片機(jī)會(huì)立即發(fā)出信號(hào)，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽(yáng)板。 光電轉(zhuǎn)換器限位開關(guān) VCC LM124 R1 R2 A U2A B U3A VCC圖32 光電轉(zhuǎn)換電路光電轉(zhuǎn)換裝置接收太陽(yáng)光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)所采集到的信號(hào)，由單片機(jī)分析得最終控制的步進(jìn)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)向來(lái)達(dá)到太陽(yáng)能電池面板,結(jié)果始終是垂直于入射光線，從而達(dá)到利用太陽(yáng)能的最高效率。選為光敏電阻為本文設(shè)計(jì)的光敏器件。光電轉(zhuǎn)換電路在下面的圖片中是其中的一組，另一組是相同的電路。當(dāng)太陽(yáng)的光線正對(duì)太陽(yáng)能板的時(shí)候，光敏電阻RR2都是高電阻，且 A、B兩點(diǎn)電壓是相等的。四運(yùn)放LM124的輸出的電壓也是相同的，單片機(jī)收到的信號(hào)差值為零，所以單片機(jī)不能控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果陽(yáng)光傾斜，使Rl被陽(yáng)光射中呈低電阻狀態(tài)，則A點(diǎn)電位比B點(diǎn)的點(diǎn)電位高。運(yùn)算放大器U2A的角色是一個(gè)電壓跟隨器，有緩沖、隔離、提高負(fù)載能力的作用，保持穩(wěn)定的采樣信號(hào)。U3A是減法器，A與B的電壓差值為其輸出。因?yàn)樵贏和B之間的電壓差可以是正的或負(fù)的，而單片機(jī)的輸入電壓值不能為負(fù)值，所以U3A正的輸入端接了個(gè)偏置電壓電路，使U3A的輸出值始終是正值。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(一) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的開環(huán)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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。因此非常適合單片機(jī)控制，推動(dòng)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。(二) 步進(jìn)電機(jī)的選擇（1） 步進(jìn)電機(jī)１選擇估計(jì)步進(jìn)電機(jī)1所需要的最大靜力矩不大于200N，故選用57BYGH1001混合式步進(jìn)電機(jī)。表31 57BYGH1001混合式步進(jìn)電機(jī)型號(hào)電壓(V)電流(A)電阻(Ω)最大靜力矩()機(jī)身長(zhǎng)(mm)輸出軸直徑(mm)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()重量(kg)接線圖57BYGH10015320010010650（2）步進(jìn)電機(jī)2選擇估計(jì)步進(jìn)電機(jī)2所需要的最大推力不大于2000N，故選用8700系列螺桿軸混合式步進(jìn)電機(jī)。技術(shù)參數(shù)如下：1)線圈雙極性，2)最大推力2270N，3），4）工作電壓5V，5），6），7） mH，9）,10)最高溫度130176。C，11），12）絕緣電阻20。步進(jìn)電機(jī)電源 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器圖33 步進(jìn)電示意圖（3）MT2HB03M驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)：雙極驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)器工作電壓1240 V； A；用戶可根據(jù)需要采用共陽(yáng)極接法、共陰極接法或差分輸入接法。共陽(yáng)極接法：分別將CP+，U/D+，F(xiàn)REE+連接到控制系統(tǒng)的電源上，如果此電源是+5V 則可直接接入，如果此電源大于+5V，則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕提供815mA 的驅(qū)動(dòng)電流。輸入信號(hào)通過(guò)CP加入。此時(shí)，U/D，F(xiàn)REE在低電平時(shí)起作用。共陰極接法：分別將CP，U/D，F(xiàn)REE連接到控制系統(tǒng)的地端（SGND，與電源地隔離），+5V 的輸入信號(hào)通過(guò)CP+加入。此時(shí)，U/D+，F(xiàn)REE+在高電平時(shí)起作用。限流電阻R 的要求與共陽(yáng)極接法相同。差分輸入接法：分別將CP，U/D，F(xiàn)REE接差分信號(hào)的負(fù)端、CP+，U/D+，F(xiàn)REE+接差分信號(hào)的正端。其結(jié)構(gòu)如圖35所示：用戶控制單元123456123412 ON 小 大MT2HB03MAABBVHGNDCP+CPU/D+U/DFREE+FREE圖35 MT2HB03M驅(qū)動(dòng)器 單片機(jī)及其外圍電路(一) AT89C51單片機(jī) AT89C5l是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)，且片內(nèi)帶有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器，它采用ATMEL高密度非易失性存存儲(chǔ)器技術(shù)，而且與MCS51的指令集和輸出管腳相兼容[11]。ATMEL的AT89C5l是一種高效微控制器，而且它具有功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的特點(diǎn)，被很多嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用。它具有如下的主要特征:4K字節(jié)可編程序閃爍存貯器(可擦寫1000次)；全靜態(tài)工作頻率:24MHz；三級(jí)程序存貯器鎖定；128字節(jié)內(nèi)部RMA；32可編程I/O線； 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；可編程全雙工串行通道；片內(nèi)時(shí)鐘震蕩器[12] 。 （1）結(jié)構(gòu)框圖AT89C5l的結(jié)構(gòu)框圖如圖36所示。 VCO GND口2驅(qū)動(dòng)器口0驅(qū)動(dòng)器 PLASH存貯器口2鎖存器口0鎖存器RAMRAM地址寄存器ACG地棧指針B程序地址寄存器TMP1TMP2緩沖器中斷、串口和定時(shí)器塊ALMPCPSW程序計(jì)
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