【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 對(duì)數(shù)又較多，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。：當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)自鎖。蝸桿傳動(dòng)適用于傳動(dòng)比大、而傳動(dòng)效率不大且做間歇運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。這正適合本系統(tǒng)的傳動(dòng)要求。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇本太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)要求能夠比較準(zhǔn)確的跟蹤太陽(yáng)位置，因此要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠準(zhǔn)確的把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電機(jī)軸上的角位移。于是本系統(tǒng)選取步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)[8]。步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，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(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(fù)載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化。因而可適用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在很寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)速。能夠快速反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。它不需要變換可直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計(jì)算機(jī)控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)。它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此作常適合于單片機(jī)控制。本文采用型號(hào)57BYGH8404[9]的2相式混合步進(jìn)電機(jī)。176。，。 在太陽(yáng)能追蹤器設(shè)計(jì)完成的情況下，通過(guò)大量查閱資料以及了解一些具體實(shí)例，在上述基礎(chǔ)上，為了更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的功能，采取下列措施：1． 采用AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心。2． ，晴天還是陰天的程序運(yùn)行。3． 對(duì)光電檢測(cè)部分進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并連接單片機(jī)，以達(dá)到有效地控制。4． 可以使用LED顯示器，時(shí)鐘電路可以采用串行時(shí)鐘芯片DS1302.5． 控制部分首先將單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)放大，然后發(fā)送給電動(dòng)機(jī)，電機(jī)獲得信號(hào)后執(zhí)行動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)追蹤功能。6． 機(jī)械裝置采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，達(dá)到減速和改變運(yùn)動(dòng)方向的目的。 本章主要闡述的內(nèi)容是太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想和方案。為了實(shí)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(jìn)行了相關(guān)說(shuō)明。在此基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)了光電傳感器，并對(duì)整體機(jī)械模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)與說(shuō)明。第3章 硬件系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)第3章 硬件系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì) AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介本單元的主要功能是接收由光電檢測(cè)電路所發(fā)出的信號(hào)，據(jù)此信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的追蹤。它是整個(gè)系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)所選用的單片機(jī)為AT89C51型單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)因其強(qiáng)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(chǔ)器（2）全靜態(tài)工作：0Hz～24Hz（3）3級(jí)程序存儲(chǔ)器保密（4）1288字節(jié)內(nèi)部RAM（5）32條可編程I/O線（6）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（7）5個(gè)中斷源（8）可編程串行通道，共有40個(gè)引腳，雙列直插封裝方式。 AT89C51芯片引腳圖AT89C51的設(shè)計(jì)選用的是靜態(tài)邏輯，也就是說(shuō)它的頻率可以到0，可以實(shí)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(shí)/計(jì)時(shí)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(shí)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(cè)電路的設(shè)計(jì)因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)由兩種追蹤模式組成，即光電追蹤模式和太陽(yáng)角度追蹤模式。當(dāng)太陽(yáng)光比較弱的時(shí)候光電追蹤模式會(huì)表現(xiàn)的不靈敏，甚至使系統(tǒng)紊亂。而太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式是通過(guò)計(jì)算太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角來(lái)進(jìn)行追蹤的，太陽(yáng)角度追蹤模式與太陽(yáng)光強(qiáng)度沒(méi)關(guān)系。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是將光電追蹤模式和太陽(yáng)角度追蹤模式結(jié)合起來(lái)，當(dāng)陰天的時(shí)候，太陽(yáng)光比較弱，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)由光電追蹤模式轉(zhuǎn)換到太陽(yáng)角度追蹤模式。此電路中使用一個(gè)光敏二極管來(lái)檢測(cè)太陽(yáng)光的強(qiáng)弱，用一組運(yùn)放做比較電路。即是，晴天時(shí)，光電二極管受到的光照強(qiáng)度足以使其導(dǎo)通，運(yùn)放輸出高電位，程序繼續(xù)運(yùn)行，通過(guò)光電追蹤模式進(jìn)行追蹤[11]；當(dāng)太陽(yáng)光的強(qiáng)度不足以使電路中的光敏二極管導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)過(guò)比較電路之后，運(yùn)放輸出低電平，這時(shí)利用軟件來(lái)控制系統(tǒng)啟用太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式。這樣就可以無(wú)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(jì)檢測(cè)白天還是黑夜，除了可以用時(shí)鐘芯片來(lái)設(shè)定跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間范圍，當(dāng)然也可以采用圖42類似的電路所不同的是二極管型號(hào)不同，電阻的大小不同，運(yùn)放輸出要接到中斷0上。即實(shí)現(xiàn)如下功能：白天時(shí)，運(yùn)放輸出高電位，中斷0檢測(cè)到高電位，系統(tǒng)沒(méi)有中斷請(qǐng)求，程序繼續(xù)運(yùn)行，開(kāi)始檢測(cè)是陰天還是晴天；黑夜時(shí)，運(yùn)放輸出低電位，INT0檢測(cè)到低電位，外部中斷0是低電平有效地引腳，因此INT0=0時(shí)，向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)接到中斷請(qǐng)求后，外部中斷0被激活，進(jìn)入外部中斷0處理程序，從而進(jìn)入等待狀態(tài)。光電檢測(cè)電路主要是檢測(cè)太陽(yáng)的高度角和方位角的變化，電路中采用了5個(gè)光敏二極管，排列如圖21所示。將整個(gè)光電檢測(cè)裝置（光電傳感器）安裝在太陽(yáng)板上，光敏二極管的檢測(cè)面與太陽(yáng)能板平行。D0處在圓盤的中間位置,當(dāng)D0受到光照時(shí)(這時(shí)太陽(yáng)能板正對(duì)太陽(yáng))，D0導(dǎo)通，4組運(yùn)放的同相輸入端連在一起同時(shí)檢測(cè)到高電位，這時(shí)分布在D0周圍的4個(gè)光敏二極管D1～D4的正極分別接到了LM324芯片的4組運(yùn)算放大器AL1～AL4的反相輸入端，D1～D4截止，4組運(yùn)放的反相輸入端檢測(cè)到低電位。由運(yùn)算放大器的工作原理知，這時(shí)4組運(yùn)放的輸出端同時(shí)輸出高電位。也就是當(dāng)D0受到光照時(shí)，～同時(shí)檢測(cè)到高電位。因?yàn)殡娐分惺抢昧诉\(yùn)算放大器將D0和D1～D4進(jìn)行比較，為了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，調(diào)節(jié)電路中的5個(gè)電阻值，使得當(dāng)處在中間位置的D0沒(méi)有受到光照時(shí)，同時(shí)保證D1～D4中沒(méi)有受到光照的光敏二極管所對(duì)應(yīng)的運(yùn)放輸出高電位，而受到光照的那個(gè)光敏二極管所對(duì)應(yīng)的運(yùn)放輸出低電位。當(dāng)D1～D4中的某一個(gè)受到光照時(shí),電路工作原理是一樣的。以D1為例：當(dāng)D1處于導(dǎo)通狀態(tài)，正如上文所述，這時(shí)只有D1所對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器AL1輸出低電位，而與D0一樣沒(méi)有受到光照的DDD4所對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器ALALAL4輸出高電位，、。單片機(jī)控制電路是用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的，由上文所介紹的檢測(cè)電路檢測(cè)到光信號(hào)(即太陽(yáng)光的朝向),經(jīng)過(guò)比較電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，單片機(jī)據(jù)此檢測(cè)到的電信號(hào)來(lái)命令控制電路的工作，以達(dá)到系統(tǒng)追蹤的目的?？刂齐娐窌r(shí)通過(guò)兩級(jí)NPN管的導(dǎo)通而來(lái)控制繼電器的吸合或斷開(kāi)，進(jìn)而控制電機(jī)的工作狀態(tài)，[12]。當(dāng)光電二極管受到光照時(shí)，通過(guò)光電檢測(cè)電路之后，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變，這時(shí)系統(tǒng)需要軟件將光電檢測(cè)部分與控制部分聯(lián)系起來(lái)?？赏ㄟ^(guò)軟件設(shè)計(jì)程序，，這時(shí)控制電路中的第一個(gè)晶體管截止，而第二個(gè)晶體管導(dǎo)通，從而繼電器吸合，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就達(dá)到了對(duì)電機(jī)的控制。上圖中所畫出的只是整個(gè)控制電路的一個(gè)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(gè)繼電器，分別控制兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。本次選擇DALLAS公司生產(chǎn)的串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，它雖然沒(méi)有采取光電隔離，但由于讀寫靠時(shí)序控制，且具有寫保護(hù)位，抗干擾效果好，同時(shí)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(jī)的通信僅需三根線即SCLK（串行時(shí)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(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的形式傳送到時(shí)鐘RAM或從中送出。串行時(shí)鐘芯片為了初始化任何的數(shù)據(jù)傳送，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)至高電平來(lái)啟動(dòng)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(shí)鐘SCLK是上升沿后繼以下降沿的序列。數(shù)據(jù)輸入時(shí)，在時(shí)鐘的上升沿前必須有效，而數(shù)據(jù)位在時(shí)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(shí)，Vcc，RST必須為邏輯0，當(dāng)RST由0至1狀態(tài)時(shí)，SCLK必須為邏輯0。DS1302主要引腳有：X1。GND：電源地。RST：復(fù)位， 對(duì)芯片操作。I/O：數(shù)據(jù)輸入、輸出引腳。SCLK：串行時(shí)鐘輸入。VCC1，VCC2：主電源與后備電源。本文設(shè)計(jì)的控制器的步進(jìn)電機(jī)采用SJ220MA驅(qū)動(dòng)器[14]。該驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)二相混合式步進(jìn)電機(jī)57BYGH8404。SJ220MA驅(qū)動(dòng)器采用原裝進(jìn)口模塊，實(shí)現(xiàn)高頻斬波恒流驅(qū)動(dòng)，具有很強(qiáng)的抗干擾性、起動(dòng)頻率高、高頻性能好、內(nèi)部信號(hào)與控制信