【文章內容簡介】 轉子與定子錯開一定角度產生力 F 與（ dФ/dθ）成正比 S 其磁通量 Ф=Br*S Br為磁密， S 為導磁面積 F 與 L*D*Br 成正比 L 為鐵芯有效長度， D 為轉子直徑 Br=NI/R NI 為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)） R 為磁阻。 力矩 =力 *半徑 力矩與電機有 效體積 *安匝數(shù) *磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)） 因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。 圖 5 是兩相步進 內部結構 圖 41 同步電機電路及外形 步進電機的正反轉動控制時序 ? 8 拍的方式 八個狀態(tài)： 在 A 與 A正電壓， B 與 B不給電懸空； 在 A 與 A正電壓，B 與 B也給正電壓； A 與 A不給電壓懸空， B 與 B正電壓； A 與 A給負電壓， B 與 B給正電壓； A 與 A給負電壓， B 與 B不給懸 空； A北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 13 與 A給負電壓， B 與 B給負電壓； A 與 A不 給電懸空， B 與 B給負電壓； A 與給正電壓， B 與 B給負電壓；按以上八個狀態(tài)輪流供電，控制一下脈寬應該就可以了。 四個引腳各一根控制線： A~H 表示各線時序 A B C D E F G H A 1 1 0 0 0 0 0 1 A 0 0 0 1 1 1 0 0 B 0 1 1 1 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0 1 1 1 ? 4 拍的方式兩相雙二拍： 兩相四拍時序： A B C D A 1 0 0 1 A 0 1 1 0 B 1 1 0 0 B 0 0 1 1 要實現(xiàn)電機反轉，只要相應時序取反即可。 本系統(tǒng)采用步進電機型號 :2S42Q03848,具體參數(shù)如表 41 所示。 表 41 步進電機型號 :2S42Q03848 的技術參數(shù) 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 14 5 比較器及光敏元件 比較器 電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近 “無窮大 ”的運算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小 (用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系 )： 當 ”＋ ”輸入端電壓高于 ”－ ”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當 ”＋ ”輸入端電壓低于 ”－ ”輸入端時，電 壓比較器輸出為低電平； 電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡單的電壓比較器結構簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此人們就要對它進行改進。改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定 “運算參數(shù) ”，比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是 線性量，而輸出是開關（高低電平）量。一般應用中，有時也可以用線性運算放大器，在不加負反饋的情況下，構成電壓比較器來使用。 光敏電阻 光敏 （ photovaristor）又叫光 感 電阻，是利用 半導體 的 光電效應 制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。 在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶 中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子 —空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產生的電子 —空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 15 6 檢測模塊設計 檢測模塊檢測準確性是太陽能全天候跟蹤準確跟蹤的基礎，所以太陽定位十分重要。 方案： ? 最大能量積分 ，如圖 61所示。 ? “ 多元法三維 ” 太陽自動跟蹤系統(tǒng) 如圖 62 所示。 ? 兩者結合 如圖 63 所示。 圖 61 “多元法”太陽能定位裝 置圖 圖 62 單方向定位裝置示意圖 圖 63 “二者結合” 示意圖 光敏電阻 圓筒里面光敏電阻 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 16 方案論證 三種方案逐一比較，“兩者結合”方案控制方便，檢測準確，而且制作簡單，所以檢測模塊的太陽定位模式采用“二者結合” 的方案。 光敏電阻與板的夾角 ? 正中央的光敏電阻 中心線與電池板垂直，最邊上的兩上光敏電阻的連線與板的夾角 ? 可由下公式確定 ： ?—— 某地黃昏時電池板與地面的夾角，（電池板的極大轉角） ?—— 當?shù)卦绯抗饩€與地面的夾角（太陽高度角） R—— 半圓柱體的半徑 L—— 電池板的長度 圖 64 ? 角的計算圖 7 全天候太陽能跟蹤 系統(tǒng)的電源設計 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 17 電源供給系統(tǒng)是為 太陽跟蹤系統(tǒng)步進電機 提供能源的裝置，而在本系統(tǒng)中既涉及到信號電信號，又涉及到功率電信號，為了保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定正常的工作，電源的設計部分也是一個關鍵要解決的問題。 方案 ： 綜合電源的質量、重量及價格等因素，選用 220V TO 15V 集成電源模塊組作為 15V 直流電源， 5V 是 15V 電源經 LM7805 線性穩(wěn)壓得到。 在信號處理的部分，由于單片機和 檢測模塊 需要的是 5V的電源，而 電機驅動 部分需要的是 15V 的電源，所以我們在系統(tǒng)中采用 LM7805 模塊，實現(xiàn)了 15V和 5V 的轉換， 如圖 71 所示 。 圖 71 電源電路圖 方案論證： 此方案在接通電源后 LM7805 發(fā)熱量大，造成功耗很大，太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)中，電動機為強干擾源，電壓源共地很容易給單片機系統(tǒng)帶來干擾。為了提高單片機系統(tǒng)的可靠性就采用獨立的 5V 電壓給單片機供電，而單片機系統(tǒng)所需的 5V 直流電源則由 4 節(jié)超霸蓄電池串聯(lián) (畢業(yè)演示時由電腦 USB) 提供，其電壓范圍為 ～ 且電壓波動很 小，很適合單片機系統(tǒng)的供電。 8 系統(tǒng)的組成原理 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 18 本課題接收系由運算放大器 LM324N、 LM358，可調電阻，光敏電阻，普通電阻組成。電路原理圖如圖 81所示。 接收系統(tǒng)主要功能是對不同強度光線進行感應，把陽光強度轉化成電壓伏特值，將把感應的伏特值與我們設定的基準電壓進行比較。如果感應的伏特值比我們設定的值，接收系統(tǒng)將輸出一個信號給單片機，單片機接收到該信號后進行處理，然后控制步進電機旋轉接收板沿光線強烈地方轉，直到九個感敏電阻感應光線強度一樣。該電路中的核心元件是光敏電阻，它 可以把不同強度光線轉化成不同幅值的電壓。合適調整可調電阻的值，當陽光照到光敏電阻 R1比照到光敏電阻 R2或其他光敏電阻，比較器 LM324或 LM358將輸出一個信號給單片機。也即照到這個九個光敏電阻光線強度不一樣。單片機將會控制接收板向陽光強度地方偏轉，直到它們受光強度一樣。 （不要遮光板，光強能有差別嗎？） 光敏電阻 R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9 感應環(huán)境光度 ，耦合 比較器LM324N,LM358 進行比較 ，從 比較器 , 端輸出 比較 數(shù)據。, 端 輸出的 數(shù)據送至 單片機的 ～ ， 中。 單片機根據輸入數(shù)據進行處理，然后通過 , 輸出控制信號，控制步進電機旋轉 。 圖 8— 1 接收系統(tǒng)的電路原理 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 19 用戶控制 系統(tǒng) 用戶控制系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)設定系統(tǒng)時間，系統(tǒng)根據用戶設定時間旋轉接收板，實現(xiàn)全天候跟蹤太陽 。 按鍵 與單片機 輸入 端口及相應功能 對應關系 如 表 8— 2所示 。 表 8— 2 按鍵與單片機輸入端口及相應功能對應關系 開關按鍵 單片機端口 對應功能 K1 調節(jié)時間按 鈕 K2 確定時間 K3 時間的增減 系統(tǒng)默認時間是 00:00，當系統(tǒng)通電時，如果時間與實際時間不對，用戶可以通過控制按鈕進行時間調整。 當按下 K1鍵時， 系統(tǒng)進入調節(jié)時間狀態(tài) ， 按 K3鍵進行時間調整。系統(tǒng)首先對小時進行調整，用戶每按 K3一次，系統(tǒng)增加一小時，并且蜂鳴器“滴“一聲，提醒用戶系統(tǒng)時間已經增加 1了。小時調整完畢，用戶按 K2進行確認，同時蜂鳴器”滴“一聲，系統(tǒng)進入分鐘調整，同樣，用戶每按 K3一次，系統(tǒng)時間增加一分鐘，同時蜂鳴器也滴一聲。當時間調 整完畢，用戶按 K1，蜂鳴器”滴“一聲系統(tǒng)退出時間調整狀態(tài) ，如圖 82所示 。 圖 82 按鈕及蜂鳴器原理圖 ： 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 20 顯示系統(tǒng) 單片機剛上電，顯示屏顯示太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)（ Automatic Tracked，System of Sun），過了 3秒鐘，顯示系統(tǒng)當前時間和工作狀態(tài)。當電機轉動時，顯示自動跟蹤，運行狀態(tài)（ Automatic Tracked， RUNNING，當前時間），當電機停止時 ,顯示（ Automatic Tracked， STOP和當前時間）。顯示屏與單片機連接原理圖如圖 83所示。 圖 83 顯示屏與單片機連接原理圖 9系統(tǒng)軟件的設計 系統(tǒng)軟件的設計主要是通過 C語言 編程實現(xiàn)單片機對 步進電機 控制 以及系統(tǒng)狀態(tài)的顯示 。軟件設計 流程圖如圖 91所示。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 21 圖 91 軟件設計流程圖 開 始 LCD 初始化 端口初始化 開中斷 =1 或=1 YSE K4=1amp。K3=0 或K8=1amp。K7=0 電機向東轉 并顯示RUNNING NO =1 或=1 YES K3=1amp。K4=0 或K7=1amp。K8=0 電機向西轉并 顯示 RUNNING 返回并重新檢測各輸入端口 NO =1 電機停止轉動 并顯示 STOP NO YES 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 22 圖 92 外部中斷 2 定時器 1 中斷 定時器 0 中斷 圖 93 外部中斷 2 圖 94 外部中斷 2 中斷處理 關中斷 =0 =1 =0 加一小時 同時響一聲 開中斷并返回 加一分鐘 同時響一聲 =1 YSE YES YES YSE NO NO NO NO 中斷處理 輸脈沖 退出中斷并返回 中斷處理 顯示時間 退出中斷并 返回 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 23 程序清單： include //51 芯片管腳定義頭文件 include //內部包含延時函數(shù) _nop_()。 define uchar unsigned char define uint unsigned int define delayNOP()。 {_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。}。 uchar n, m,data_temp1,data_temp2,flag。 uchar cout0=0,cout1=0,cout2=0。 /***