【文章內(nèi)容簡介】 地平坐標系統(tǒng)，太陽運行的位置變化都是可以預測的，通過在數(shù)學上對太陽軌跡的預測可完成對日跟蹤。 該種跟蹤方案不論采取何種算法，算法過程都十分復雜，計算量的增大會增加控制系統(tǒng)的成本。而且這種跟蹤裝置為開環(huán)系統(tǒng)，無角度反饋值做比較，因而為了達到高精度跟蹤的要求，不僅對機械結構的加工水平有較嚴格的要求，而且與儀器的安裝是否正確關系極為密切。工程生產(chǎn)中必須要求機械結構加工精度足夠高。初始化安裝時，儀器的中心南北線與觀測點的地理南北線要求重合。同時，西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）還要通過儀器底部的水平準直儀將底面調(diào)節(jié)到與地面保持水平，使儀器的高度角零點處于地面水平面內(nèi)。把兩塊完全相同的太陽能電池板按照一定的角度連接成“人”字型,它們既用作光電轉(zhuǎn)化的電池,也起光敏器件的作用。太陽光垂直照射地面時,兩塊電池板上得到的太陽光的能流密度完全相等,產(chǎn)生的光電流大小相等,此時控制它們方位的電動機不工作。入射太陽光與地面的夾角改變時,如果甲電池板得到太陽光的能流密度大于乙得到的能流密度,則甲電池板產(chǎn)生的光電流強度就大于乙電池板的光電流強度,利用這一信號驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動,使得電池板與太陽光的夾角同光垂直于地面時完全相同。其優(yōu)點為調(diào)節(jié)較為精確,電路也比較簡單。在視日運動軌跡跟蹤的基礎上加兩個高精度傳感器。當跟蹤裝置開始運行時，用兩片高精度傳感器初始定位。在運行當中，以程序控制為主，傳感器瞬時測量作反饋，對程序進行累積誤差修正。這樣能在任何氣候條件下使聚光器得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制。這種跟蹤方案跟蹤精度高，工作過程穩(wěn)定，應用于目前許多大型太陽能發(fā)電裝置。但一計算過程十分復雜，高精度傳感器成本也很高，對于需要降低成本的小型太陽能利用裝置來講，該種跟蹤方式并不十分適用。本系統(tǒng)主要由傳感器，單片機控制器，步進電機，傳動裝置等組成。電源電路C8051F 020電機驅(qū)動電路水平方向電機電機驅(qū)動電路垂直方向電機光電池板信號采集處理電路行程開關外部時鐘電路3太陽跟蹤及驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件設計3太陽跟蹤及驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件設計太陽跟蹤與驅(qū)動控制器以單片機C8051F020為核心建立應用系統(tǒng)。光電傳感器輸出的誤差信號經(jīng)過調(diào)理輸入到AD,為跟蹤提供依據(jù)。當跟蹤裝置轉(zhuǎn)到極限位置時，為了保護設備同時為第二天跟蹤做好準備和避免電纜纏繞，需返回初始位置。可以采用限位開關來復位，當機械設備轉(zhuǎn)到極限位置時，限位開關向單片機系統(tǒng)發(fā)送個脈沖，單片機響應此操作，進行中斷處理，跟蹤裝置歸位。傳感器主要是由4片性能參數(shù)一致的光電池組成，其中兩個在東西方向成“人”字形，檢測東西方向光線變化，即調(diào)整方位角，另兩個在南北方向成“人”字形，檢測南北方向光線變化，即調(diào)整俯仰角。由于光電池的信號可能比較微弱或信號差比較小，故先經(jīng)運算放大后輸入單片機，在單片機內(nèi)進行比較再由執(zhí)行機構動作。東西或南北兩塊光電池的電壓接入UU0。 信號采集電路為了精確測量數(shù)十mA范圍的光電池電流，運算放大器的偏置電流應該不大于數(shù)毫安。本文中選用LM324,它的偏置電流是nA數(shù)量級，LM324是一種4集成運算放大器，由于價廉且使用方便，被廣泛應用于控制和一般信號放大處理之中。光電轉(zhuǎn)換電路可以使用集成運算放大器。圖給出硅光電池的光電轉(zhuǎn)換電路，運放采用LM324，在圖中所示條件下，令Rf=R3，R1=R2，則電路放大倍數(shù)如式（）所示放大倍數(shù)=Rf/R1 （） 其中若取R1=R2=100K，R3=Rf=1M，則電路放大倍數(shù)為10。西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）光電池的主要功能是在不加偏置的情況下能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。按用途光電池可分為太陽能光電池和測量光電池兩大類。太陽能光電池主要用作電源，由干它結構簡單、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長、能直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，因而不僅成為航天工業(yè)的重要電源，還被廣泛地應用干人們的日常生活中。測量光電池的生要功能是作為光電探測用，對它的要求是線性范圍寬、靈敏度高、光譜響應合適、穩(wěn)定性好、壽命長，它被廣泛地應用在光度、色度、光學精密計量和測試中。光電池是利用光生伏特效應把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。所謂光生伏特效應就是在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應。由于它可把太陽能直接變電能，因此又稱為太陽能電池。它是基于光生伏特效應制成的，是發(fā)電式有源元件，具有較大面積的結，當光照射在結上時，在結的兩端出現(xiàn)電動勢。根據(jù)半導體的材料不同，光電池可分為硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。目前，應用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。硅光電池價格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，適于接受紅外光。光電池的開路電壓是指當光電池外接電阻為無窮大時，該電阻上所測得的電壓即為開路電壓。開路電壓與光照度之間呈非線性關系。短路電流是指把光電池結的兩端通過外導線短接，形成流過外電路的電流，該電流稱為光電池的輸出短路電流，其大小與光強成正比。光電池的光譜特性決定于材料。硒光電池在可見光譜范圍內(nèi)有較高的靈敏度，峰值波長在附近，適宜測可見光。硅光電池應用的范圍400nm~1100nm，峰值波長在850nm附近，因此硅光電池可以在很寬的范圍內(nèi)應用。根據(jù)硅光電池的特點和工作的需要程度，本文選用2CR43硅光電池。2CR43光電池：面積1010mm2。開路電壓≥550mv。短路電流≥23mA；輸出電流≥；轉(zhuǎn)換效率1012%。C8051F020器件是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片，具有64個數(shù)字I/O引腳。下面列出了一些主要特性：①高速、流水線結構的8051兼容的CIP51內(nèi)核（可達25MIPS）。②全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）；片內(nèi)看門狗定時器。③真正12位、100 ksps的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開關。④真正8位500 ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關。⑤兩個12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式。⑥64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器。⑦4352（4096+256）字節(jié)的片內(nèi)RAM。⑧可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口。西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）⑨硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口。⑩5個通用的16位定時器；具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列。電源模塊需要向C8051F020供3V,為LM324和TA8435H的邏輯電壓供5V,還要為TA8435H的功率電壓提供24V，以及為A/。 利用78M05將外部輸入的12V變換成5V,。選用MC1403,為AD轉(zhuǎn)化提供基準電壓（也可以利用C8051F020片上自帶的內(nèi)部基準）采用芯片MAX618EEE將12V的輸入提升到24V。 電源電路MAX618芯片輸出電壓的大小由R7和R8的阻值決定。三者之間符合如下關系：VOUT=VFB(1+R7/R8),。電感值最佳值的選取應符合式L=VOUT/7105。經(jīng)計算選取R7=450K，R8=30K,L=34uH。由于光電跟蹤控制系統(tǒng)存在一定的缺陷，例如早上陰天的話不能夠跟蹤到太陽光，會造成跟蹤系統(tǒng)在跟蹤式觸碰行程開關，造成強制歸位，引起誤操作。故在系統(tǒng)中加入一個外部時鐘電路，使系統(tǒng)能夠識別時間。在一定時間內(nèi)太陽只會出現(xiàn)在某一角度范圍內(nèi)，故跟蹤控制系統(tǒng)只要在這一范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動跟蹤即可。我們選擇DALLAS公司生產(chǎn)的串行實時時鐘芯片DS1302，它雖然沒有采取光電隔離，但由于讀寫靠時序控制，且具有寫保護位，抗干擾效果好，同時體積小，連線少，使用靈活。DS1302實時時鐘，可對秒、分、時、日、周、月以及帶閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，具有318RAM，可供保存西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）有用數(shù)據(jù)。用于時鐘或RAM數(shù)據(jù)的讀/寫具有單字節(jié)或多字節(jié)(也稱脈沖方式)數(shù)據(jù)傳送方式。采用雙電源(主電源和備用電源)供電。DS1302慢速充電時鐘芯片包括實時時鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM，經(jīng)過一個簡單的串行接口與單片機通信。實時時鐘/日歷提供秒、分、時、日、月和年等信息，對小于31天的月末的日期進行調(diào)整，還包括閏年的校正功能。時鐘的運行可采用24小時或帶上午和下午的12小時格式。DS1302與單片機的通信僅需三根線即SCLK（串行時鐘線）、I/O（數(shù)據(jù)線）、RST（復位線）。數(shù)據(jù)可以按每次一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的形式傳送到時鐘RAM或從中送出。DS1302主要引腳有：X1。GND：電源地。RST：復位，用于對芯片操作。I/O：數(shù)據(jù)輸入、輸出引腳。SCLK：串行時鐘輸入VCC1，VCC2：后備電源和主電源。外部/RST引腳提供了使用外部電路強制MCU進入復位狀態(tài)的手段。在/RST引腳上加一個低電平有效信號將導致MCU進入復位狀態(tài)。最好能提供一個外部上拉和（或）對/RST引腳去耦以防止強噪聲引起復位。在低有效的/RST信號撤出后，MCU將保持在復位狀態(tài)至少12個時鐘周期。從外部復位狀態(tài)退出后，PINRSF標志（）被置位。西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） C8051F020的ADC0子系統(tǒng) C8051F020的ADC0子系統(tǒng)C8051F020/1的ADC0子系統(tǒng)包括一個9通道的可編程模擬多路選擇器（AMUX0），一個可編程增益放大器（PGA0）和一個100ksps、 12位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，其轉(zhuǎn)換時鐘來源于系統(tǒng)時鐘分頻，分頻值保存在寄存器ADC0CF的ADCSC位。ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。AMUX0、PGA0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測器都可用軟件通過對特殊功能寄存器的操作來控制。、15ppm/176。C的帶隙電壓基準發(fā)生器和一