【文章內(nèi)容簡介】 對數(shù)又較多，故傳動平穩(wěn)、噪聲小。：當蝸桿的導(dǎo)程角小于當量摩擦角時，蝸桿傳動可實現(xiàn)自鎖。蝸桿傳動適用于傳動比大、而傳動效率不大且做間歇運動的設(shè)備。這正適合本系統(tǒng)的傳動要求。 驅(qū)動電機的選擇本太陽能自動跟蹤系統(tǒng)要求能夠比較準確的跟蹤太陽位置，因此要求驅(qū)動電機能夠準確的把電信號轉(zhuǎn)化為電機軸上的角位移。于是本系統(tǒng)選取步進電機作為驅(qū)動電機[8]。步進電機又稱為脈沖電動機，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號變換成相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。步進電動機的移量θ或者線位移量S與脈沖數(shù)k成正比；它的轉(zhuǎn)速n，或者線速度v與脈沖頻率f成正比。在負載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化。因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化。步進電動機可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速。能夠快速反轉(zhuǎn)和制動。它不需要變換可直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計算機控制。步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機。它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步動機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此作常適合于單片機控制。本文采用型號57BYGH8404[9]的2相式混合步進電機。176。，。 在太陽能追蹤器設(shè)計完成的情況下，通過大量查閱資料以及了解一些具體實例，在上述基礎(chǔ)上，為了更好的實現(xiàn)自動跟蹤系統(tǒng)的功能，采取下列措施：1． 采用AT89C51單片機作為系統(tǒng)的核心。2． ，晴天還是陰天的程序運行。3． 對光電檢測部分進行電路設(shè)計，并連接單片機，以達到有效地控制。4． 可以使用LED顯示器，時鐘電路可以采用串行時鐘芯片DS1302.5． 控制部分首先將單片機發(fā)出的信號放大，然后發(fā)送給電動機，電機獲得信號后執(zhí)行動作，從而實現(xiàn)追蹤功能。6． 機械裝置采用蝸輪蝸桿傳動，達到減速和改變運動方向的目的。 本章主要闡述的內(nèi)容是太陽能追蹤系統(tǒng)的總體設(shè)計思想和方案。為了實現(xiàn)本任務(wù)和目的，介紹了應(yīng)采取的措施，確定了光電跟蹤與固定軌跡跟蹤兩種跟蹤方式結(jié)合在一起使用的方案，并進行了相關(guān)說明。在此基礎(chǔ)上，自行設(shè)計了光電傳感器，并對整體機械模塊進行了設(shè)計與說明。第3章 硬件系統(tǒng)部分的設(shè)計第3章 硬件系統(tǒng)部分的設(shè)計 AT89C51單片機簡介本單元的主要功能是接收由光電檢測電路所發(fā)出的信號，據(jù)此信號來控制電機的驅(qū)動電路，從而實現(xiàn)對電動機的控制，進而實現(xiàn)對太陽的追蹤。它是整個系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)所選用的單片機為AT89C51型單片機。AT89C51單片機因其強大的功能而被廣泛的使用，它的性能如下[10]：（1）4KB可改寫程序Flash存儲器（2）全靜態(tài)工作：0Hz～24Hz（3）3級程序存儲器保密（4）1288字節(jié)內(nèi)部RAM（5）32條可編程I/O線（6）2個16位定時/計數(shù)器（7）5個中斷源（8）可編程串行通道，共有40個引腳，雙列直插封裝方式。 AT89C51芯片引腳圖AT89C51的設(shè)計選用的是靜態(tài)邏輯，也就是說它的頻率可以到0，可以實現(xiàn)空閑模式和掉電模式。在空閑模式中，CPU停止工作，而RAM、定時/計時器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作；在掉電模式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，故只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。 光電檢測電路的設(shè)計因為整個系統(tǒng)由兩種追蹤模式組成，即光電追蹤模式和太陽角度追蹤模式。當太陽光比較弱的時候光電追蹤模式會表現(xiàn)的不靈敏，甚至使系統(tǒng)紊亂。而太陽固定軌跡追蹤模式是通過計算太陽高度角和太陽方位角來進行追蹤的，太陽角度追蹤模式與太陽光強度沒關(guān)系。本系統(tǒng)設(shè)計的是將光電追蹤模式和太陽角度追蹤模式結(jié)合起來，當陰天的時候，太陽光比較弱，這時系統(tǒng)會由光電追蹤模式轉(zhuǎn)換到太陽角度追蹤模式。此電路中使用一個光敏二極管來檢測太陽光的強弱，用一組運放做比較電路。即是，晴天時，光電二極管受到的光照強度足以使其導(dǎo)通，運放輸出高電位，程序繼續(xù)運行，通過光電追蹤模式進行追蹤[11]；當太陽光的強度不足以使電路中的光敏二極管導(dǎo)通時，經(jīng)過比較電路之后，運放輸出低電平，這時利用軟件來控制系統(tǒng)啟用太陽固定軌跡追蹤模式。這樣就可以無論陰天到晴天還是晴天到陰天下的追蹤模式的切換。 判斷晝夜的電路設(shè)計檢測白天還是黑夜，除了可以用時鐘芯片來設(shè)定跟蹤系統(tǒng)的運行時間范圍，當然也可以采用圖42類似的電路所不同的是二極管型號不同，電阻的大小不同，運放輸出要接到中斷0上。即實現(xiàn)如下功能：白天時，運放輸出高電位，中斷0檢測到高電位，系統(tǒng)沒有中斷請求，程序繼續(xù)運行，開始檢測是陰天還是晴天；黑夜時，運放輸出低電位，INT0檢測到低電位，外部中斷0是低電平有效地引腳，因此INT0=0時，向單片機發(fā)出中斷請求，單片機接到中斷請求后，外部中斷0被激活，進入外部中斷0處理程序，從而進入等待狀態(tài)。光電檢測電路主要是檢測太陽的高度角和方位角的變化，電路中采用了5個光敏二極管，排列如圖21所示。將整個光電檢測裝置（光電傳感器）安裝在太陽板上，光敏二極管的檢測面與太陽能板平行。D0處在圓盤的中間位置,當D0受到光照時(這時太陽能板正對太陽)，D0導(dǎo)通，4組運放的同相輸入端連在一起同時檢測到高電位，這時分布在D0周圍的4個光敏二極管D1～D4的正極分別接到了LM324芯片的4組運算放大器AL1～AL4的反相輸入端，D1～D4截止，4組運放的反相輸入端檢測到低電位。由運算放大器的工作原理知，這時4組運放的輸出端同時輸出高電位。也就是當D0受到光照時，～同時檢測到高電位。因為電路中是利用了運算放大器將D0和D1～D4進行比較，為了系統(tǒng)的正常運行，調(diào)節(jié)電路中的5個電阻值，使得當處在中間位置的D0沒有受到光照時，同時保證D1～D4中沒有受到光照的光敏二極管所對應(yīng)的運放輸出高電位，而受到光照的那個光敏二極管所對應(yīng)的運放輸出低電位。當D1～D4中的某一個受到光照時,電路工作原理是一樣的。以D1為例：當D1處于導(dǎo)通狀態(tài)，正如上文所述，這時只有D1所對應(yīng)的運算放大器AL1輸出低電位，而與D0一樣沒有受到光照的DDD4所對應(yīng)的運算放大器ALALAL4輸出高電位，、。單片機控制電路是用來控制電動機的轉(zhuǎn)動的，由上文所介紹的檢測電路檢測到光信號(即太陽光的朝向),經(jīng)過比較電路將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，單片機據(jù)此檢測到的電信號來命令控制電路的工作，以達到系統(tǒng)追蹤的目的?？刂齐娐窌r通過兩級NPN管的導(dǎo)通而來控制繼電器的吸合或斷開，進而控制電機的工作狀態(tài)，[12]。當光電二極管受到光照時，通過光電檢測電路之后，實現(xiàn)了光信號到電信號的轉(zhuǎn)變，這時系統(tǒng)需要軟件將光電檢測部分與控制部分聯(lián)系起來。可通過軟件設(shè)計程序，，這時控制電路中的第一個晶體管截止，而第二個晶體管導(dǎo)通，從而繼電器吸合，電機轉(zhuǎn)動，這樣就達到了對電機的控制。上圖中所畫出的只是整個控制電路的一個分支，完整的控制電路由四組與上圖完全相同的電路組成，～，四組電路接了四個繼電器，分別控制兩個電機的正反轉(zhuǎn)。本次選擇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。具有318RAM，可供保存有用數(shù)據(jù)。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(fù)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。串行時鐘芯片為了初始化任何的數(shù)據(jù)傳送，通過把RST輸入驅(qū)動至高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST提供有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的手段[13]。時鐘SCLK是上升沿后繼以下降沿的序列。數(shù)據(jù)輸入時，在時鐘的上升沿前必須有效，而數(shù)據(jù)位在時鐘的下降沿之后輸出。如果RST輸出低電平，則I/O引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，中止數(shù)據(jù)傳送。上電時，Vcc，RST必須為邏輯0，當RST由0至1狀態(tài)時，SCLK必須為邏輯0。DS1302主要引腳有：X1。GND：電源地。RST：復(fù)位， 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：主電源與后備電源。本文設(shè)計的控制器的步進電機采用SJ220MA驅(qū)動器[14]。該驅(qū)動器驅(qū)動二相混合式步進電機57BYGH8404。SJ220MA驅(qū)動器采用原裝進口模塊，實現(xiàn)高頻斬波恒流驅(qū)動，具有很強的抗干擾性、起動頻率高、高頻性能好、內(nèi)部信號與控制信