【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 太陽(yáng)能電池板一整塊從中間分成四塊，然后在分割線上插上 3 厘米的硬紙板，再在四小塊的太陽(yáng)能電池板上安裝傳感器（盡量貼著紙板）組成的四鑒探測(cè)器，較以往的單個(gè)光敏傳感器跟蹤或單 筒光敏傳感器探測(cè)器，其跟蹤效果精確而又穩(wěn)定，曾強(qiáng)了其跟蹤的可靠性，蓄電電路、和供電電路都是基本的穩(wěn)壓電路。多傳感器設(shè)計(jì)思想解決了傳統(tǒng)的單個(gè)探測(cè)器一直存在的錯(cuò)誤率高的問(wèn)題，靈敏度低的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的可靠性。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，以及兩個(gè)方案的元器件對(duì)比，選擇方案 2。 系統(tǒng)總體硬件電路框圖如下： 圖 11 系統(tǒng)硬件方框 本系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換器、步進(jìn)電機(jī)、 89C51 系列單片機(jī)以及相應(yīng)的外圍電路等。太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度?？刂茩C(jī)構(gòu)將分別對(duì) X、 Y 方向與 Z 方向進(jìn)行調(diào)整。單片機(jī)加電 復(fù)位后， X、 Y 方向?qū)⑻幱谛D(zhuǎn)狀態(tài)，單片機(jī)將對(duì)采樣進(jìn)來(lái)的電壓信號(hào)進(jìn)行判斷，電壓有增大和減小兩種可能，如電壓增大，則讓電池板正向轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦電壓減小，單片機(jī)將立即發(fā)出信號(hào)，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。 本裝置主要是跟蹤太陽(yáng)讓太陽(yáng)能電池板與太陽(yáng)保持垂直的，一旦太陽(yáng)有偏移或是突然變天（雷雨）情況時(shí)，與至相應(yīng)的四個(gè)探測(cè)器 四快太陽(yáng)能電池板上各一個(gè) 根據(jù)分割板的陰影來(lái)判斷其太陽(yáng)的方向，將四個(gè)傳感器檢測(cè)的信號(hào)傳給單片機(jī)，在進(jìn)行比較，然后作出相應(yīng)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，電機(jī)就向太陽(yáng)所在的方向轉(zhuǎn)去。若檢測(cè)到每個(gè)傳感器都是很暗的 特征，并且持續(xù)一段時(shí)間則就啟動(dòng)供電電路對(duì)用電器進(jìn)行供電，反之當(dāng)四個(gè)傳感器檢測(cè)的結(jié)果差異很大就單開蓄電電路，關(guān)閉供電電路。硬件設(shè)計(jì) 主控芯片模塊 控制器 STC89C52 的介紹 89C52 是一種小型單片機(jī)。其主要特點(diǎn)為：采用 Flash 儲(chǔ)存器技術(shù)，降低了制造成本；其軟件、硬件與 MCS51 完全兼容，其程序的電可擦特性，使得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易。 圖 31 AT89C52 引腳圖 在引腳的驅(qū)動(dòng)能力上， 89C52 具有很強(qiáng)的下拉能力。 P P3 的下拉能力均可達(dá)到 20mA；相比之下， 89C51 的端口下拉能力最大只有 15 mA，而且限定 9 腳電流之間要小于 81 mA，這樣，引腳的平均電流只 9 mA。 89C52 驅(qū)動(dòng)能力的增強(qiáng)，使得它可以直接驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管。 本系統(tǒng)的主要控制器件采用 89C52 單片機(jī)。在 51 系列的單片機(jī)中，目前很流行一種內(nèi)含 flash 程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)。因?yàn)閮?nèi)有 flash 程序存儲(chǔ)器，可以通過(guò)編程器十分方便的寫代碼或擦除代碼，擦除次數(shù)達(dá) 10000 次以上，而且還提供了禁止讀寫兩層保密技術(shù)，其空間大小從 1KB 到 64KB 不等，有的甚至更大。這種芯片一般都提供了片上和在線修改的功能。 該系列的芯片，創(chuàng)建的有 138B 或 256B 的片內(nèi) RAM，當(dāng)處理的數(shù)據(jù)不十分復(fù)雜時(shí)，一個(gè)芯片就組成了一個(gè)最小的單片機(jī)系統(tǒng)。 89C5X 型單片機(jī)既節(jié)省了數(shù)據(jù)線和存儲(chǔ)器等外圍器件，縮小了嵌如式系統(tǒng)的體積，又提高了工作的可靠性、開發(fā)的方便性和程序的保密性，其價(jià)格也便宜。 基于以上原因和這次研究系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇該系列的 89C52 單片機(jī)作為全天候太陽(yáng)能系統(tǒng)的核心控制器件。 89C52 單片機(jī)的電源系統(tǒng) 89C52有很寬的工作電源電壓，當(dāng)工作在 3V時(shí)，電流相當(dāng)于 6V 工作時(shí)的 1/4。89C52 工作于 12MHZ 時(shí)，動(dòng)態(tài)電路為 ，空閑態(tài)電流為 1 mA，掉 電狀態(tài)電流僅為 20nA。這樣小的功耗很適合電池供電的小型控制系統(tǒng)。 89C52 單片機(jī)的儲(chǔ)存系統(tǒng) 89C52 單片機(jī)內(nèi)含有 4K 字節(jié)的 Flash 程序存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM，與80C31內(nèi)部類似。由于 52內(nèi)部設(shè)計(jì)全靜態(tài)工作，所以允許工作的時(shí)鐘為 0～ 20MHZ，也就是說(shuō)，允許在低速工作時(shí)，不破壞 RAM 內(nèi)容。相比之下，一般 8031 對(duì)最低工作時(shí)鐘限制為 ，因?yàn)槠鋬?nèi)部的 RAM 是動(dòng)態(tài)刷新的。 89C2051 單片機(jī)的內(nèi)部 I/O 控制 89C52 有 32 個(gè) I/O 線，在內(nèi)部 I/O 控制上繼承了 MCS31 的特征： 5 路三 級(jí)中斷源結(jié)構(gòu)， 1 個(gè)全雙工串行口， 3 路 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 系統(tǒng)顯示模塊 LCD1602 顯示器特點(diǎn) LCD1602 液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的顯示器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡(jiǎn)單，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為顯示器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和 亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。體積小、重量輕，液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 2 功耗低 相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 1602 標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口 字符的顯示 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 6 8 或 8 8 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使 每字節(jié)的不同位為“ 1”，其它的為“ 0”，為“ 1”的點(diǎn)亮，為“ 0”的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。本系統(tǒng)采用 1602 字符型液晶顯示器，圖 32，圖 33，表 31 分別是 1602 的實(shí)物，顯示地址，字符代碼與圖形對(duì)應(yīng)表。 圖 32 液晶屏顯示 圖 33 1602LCD 內(nèi)部顯示地址 例如想要在 LCD1602 屏幕的第一行第一列顯示一個(gè)“ A”字 ,就要向 DDRAM的 00H 地址寫入“ A”的代碼就行了。 表 31 字符代碼與圖形對(duì)應(yīng)圖 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM 已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如下表所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常 用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn) 陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“ A” 1602 顯示電路 圖 34 顯示電路 1602 液晶的控制管腳都接到了單片機(jī)管腳上，在功能設(shè)置指令中可以將液晶設(shè)為 8 位數(shù)據(jù)接口和 4 位數(shù)據(jù)接口，圖中采用的是 8 位的數(shù)據(jù)接口， 當(dāng)然也可以當(dāng)四位數(shù)據(jù)接口來(lái)用。液晶電源正端接 5V，負(fù)端接地，背光正端接 5V，負(fù)端接地。此外，液晶的偏壓管腳（ VO）接到一個(gè)電位器的中間抽頭，電位器的兩端分別接 5V 和地，這樣就可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 1602 液晶對(duì)比度的調(diào)節(jié)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試， 1602 液晶的偏壓管腳的電壓調(diào)節(jié)到 ~ 時(shí)對(duì)比度效果最好，也可以將該管腳通過(guò)一個(gè) 1k 的電阻下拉到地。電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小 用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系 ： 當(dāng)” ＋”輸入端電壓高于”－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平； 當(dāng)”＋”輸入端電壓低于”－”輸入端時(shí)，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(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此人們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運(yùn)放，是通過(guò)反饋回路和輸入回路的確定“運(yùn)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(gè)輸入端的量，如果同相輸