【導(dǎo)讀】然而它也存在缺點(diǎn)，如能量密度低，不易收集，不穩(wěn)定，隨季節(jié)氣。時(shí)間不斷變化的問題，由此對(duì)太陽能的收集和利用提出了更高的要求。分利用太陽能資源，使其發(fā)電效率低下。據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，在太陽能光發(fā)電中，相。在太陽能利用中，有必要進(jìn)行太陽追蹤。本文在分析和比較目前的幾種太陽追。方式互相補(bǔ)充，使追蹤系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的追蹤精度。在光電檢測(cè)追蹤模式下，光電檢測(cè)部分采用光。太陽角度追蹤模式下：主要是通過軟件計(jì)算當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)靥柛叨冉呛吞柗?

　　

【正文】 長度取 25mm，是通過多次試驗(yàn)得到的結(jié)果。圓柱體的長度過長的話，太陽光通過透光孔很容易（這里的很容易是指在很小的角度變化下）就會(huì)照到圓柱體的內(nèi)壁上，而照不到光敏二極管上了，這樣就會(huì)使系統(tǒng)紊亂，單片機(jī)不能做出正確的判斷。 圖 32 俯視圖 圖 33外型圖 光電檢測(cè)電路主要是檢測(cè)太陽的高度角和方位角變化，電路中我們用了 5個(gè)光敏二極管，其中有 5 個(gè) (如圖 32)中排列，中間放置一個(gè)光敏二極管 D0，其余 4 個(gè)排成圓形分布在 D0 周圍。將此檢測(cè)板用一不透光的下方開口的空心圓柱體蓋住 (如圖 33)所示，圓柱體的直徑略大于 (圖 32)中的外圓。圓柱體的上方中央開一個(gè)與檢測(cè)用的光電二極管直徑相同的洞，以讓光線通過。將整個(gè)光電檢測(cè)裝置安裝在太陽板上，光電二極管的檢測(cè)面與太陽能板平行。下面簡單的敘述一下電路的工作，電路中包含的元件如下： 5個(gè)光敏二極管（ D0～ D4）、 5個(gè)電阻R0～ R一個(gè) LM324 芯片（包含四組運(yùn)算放大器 AL1～ AL4）。電路中 5 個(gè)光敏二極管的負(fù)端連在一起接在電源上，正端分別連接到放大器 LM324 的 4個(gè)輸入端，其中 D0 分布在中央的位置，其正極與 LM324 的 4 個(gè)同相輸入端相連， D1~D4 的正極分別接 LM324 的 4 個(gè)反相輸入端，這樣 D1~D4 就與 D0 分別組成了比較電路，而 LM324 的 4 個(gè)輸出端分別接到單片機(jī) AT89C51 的四個(gè)端口 ~。這樣就可以通過 ~ 的高低電位來判斷太陽光線的方向了。 從上文得知 （如圖 34） ， D0 是處在圓盤的中央的位置，當(dāng) D0 受到光照時(shí)（這時(shí)太陽板正對(duì)太陽）， 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)光電二極管 D1~D4 在圓柱體的遮擋下不能受到光照，而且 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，經(jīng)過分析得知，當(dāng) D0 受到光照時(shí)， 4 組運(yùn)放的同相輸入端同時(shí)檢測(cè)到高電位，而 4 組運(yùn)放的反相輸入端同時(shí)檢測(cè)到低電位，由運(yùn)算放大器的工作原理，這時(shí) 4組運(yùn)放的輸 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 出端同時(shí) 輸出高電位，也就是當(dāng) D0 受到光照時(shí)，單片機(jī) AT89C51 的 4 個(gè)引腳～ 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)解電路中的 5個(gè)電阻值，使得當(dāng)處在中間位置的 D0 沒有受到光照時(shí)，如果 D1～ D4 哪個(gè)沒有受到光照，那么保證 D1～ D4 中沒有受到光照的光電二極管所對(duì)應(yīng)的運(yùn)放輸出高電位，而受到光照的那個(gè)光電二極管所對(duì)應(yīng)的運(yùn)放輸出低電位。 圖 34 光電檢測(cè)電路 而當(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，這里以 D1 為例子來詳細(xì)介紹： 當(dāng) D1 受到光照時(shí)，其余的光電二極管在圓柱體的遮擋下處在陰暗中，成截止?fàn)顟B(tài)，而 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 一樣沒有受到光照的 D D D4 所對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器 AL AL AL4 輸出高電位，這時(shí)對(duì)應(yīng)得 AT89C51 的引腳 檢 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 測(cè)到低電位，而 、 、 檢測(cè)到高電位。下文將闡述怎樣通過單片機(jī)引腳檢測(cè)到的電位的高低還控制電機(jī)的工作。 判斷 陰天還是晴天的檢測(cè)電路 設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)由兩種追蹤模式組成，那就是光電追蹤模式和太陽角度追蹤模式。因 為系統(tǒng)是用來追蹤太陽的，當(dāng)太陽光比較弱的時(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。而太陽追蹤模式是通過計(jì)算太陽高度角和太陽方位角來進(jìn)行追蹤的，太陽角度追蹤模式與太陽光強(qiáng)度沒有關(guān)系。因此，系統(tǒng)將光電追蹤模式和太陽角度追蹤模式相結(jié)合，當(dāng)陰天的時(shí)候，太陽光變的比較弱，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)由 光電追蹤模式轉(zhuǎn)換到太陽角度追蹤模式。這也是軟硬件結(jié)合來控制的，圖 35就是硬件部分，也就是電路部分，電路中用了一個(gè)光電二極管來檢測(cè)太陽光的強(qiáng)弱，用了一組運(yùn)放來做比較電路，運(yùn)放的輸出端接到了單片機(jī)引腳 上，電路需要實(shí)現(xiàn)這樣的功能 ：當(dāng)太陽光的強(qiáng)度不足以使電路中的光電二極管導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)過比較電路之后，運(yùn)放輸出低電平，這時(shí)單片機(jī)的引腳 檢測(cè)到低電平，系統(tǒng)進(jìn)入太陽角度追蹤模式，下面對(duì)電路的原理作詳細(xì)的介紹： 圖 35 判斷晴天還是陰天 電路連接（如圖 35）所示，將光電二極管的正極接到了運(yùn)放 AL0 的同相輸入端，而運(yùn)放 AL0 的反相輸入端與一個(gè)固定電壓相連，通過多次試驗(yàn)確定了R0， R1， R2， R3 的值，使的電路達(dá)到這樣的效果：晴天時(shí)，光電二極管受到光照的強(qiáng)度足以使其導(dǎo)通，這時(shí)運(yùn)放的同相輸入端的電位高于其反相輸入端的電位，組成了一個(gè)比 較電路，運(yùn)放輸出高電位，因此引腳 檢測(cè)到高電位，程序繼續(xù)運(yùn)行，通過光電追蹤模式進(jìn)行追蹤；而出現(xiàn)陰天時(shí)，光電二極管所受到的光照不能使其導(dǎo)通，光電二極管截止，這時(shí)運(yùn)放的反相輸入端的電位要高于其同相輸入端的電位，同樣經(jīng)過比較之后，運(yùn)放的輸出端輸出的是低電位，這時(shí)引腳 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 檢測(cè)到低電位，這時(shí)利用軟件來控制系統(tǒng)啟用太陽角度追蹤模式。這樣就解決了陰天時(shí)光電追蹤模式不能正常追蹤的問題，而陰天過后，出現(xiàn)晴天時(shí)，光電二極管導(dǎo)通，光敏電路輸出高電平，軟件查詢到引腳 出現(xiàn)高電平，系統(tǒng)就由太陽角度追蹤模式下跳出，回到 主程序，繼續(xù)在光電追蹤模式下追蹤。 判斷 白天還是黑夜的檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 檢測(cè)白天還是黑夜的電路和上文所介紹的檢測(cè)陰晴天的電路原理是一樣的，都是利用運(yùn)放比較電路（如圖 36）所示，所不同的是電路中電阻的大小不同，還有檢測(cè)白天還是黑夜的電路要接到中斷 0 上。電路實(shí)現(xiàn)了這樣的功能：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)沒有中斷請(qǐng)求，程序繼續(xù)運(yùn)行，開始檢測(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 是低電平有效的引腳，因此當(dāng) INT0 檢測(cè)到低電平時(shí)，即INT0=0，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)。 圖 36 檢測(cè)電路判斷白天或者黑夜 系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制電路是用來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的，由上文所介紹的光電檢測(cè)電路檢測(cè)到光信號(hào)（本文中所謂的光信號(hào)也就是當(dāng)時(shí)太陽光的朝向），經(jīng)過比較電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，單片機(jī)就憑著檢測(cè)到的電信號(hào)來命令控制電路的工作，以達(dá)到系統(tǒng)追蹤的要求。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 控制電路是通過兩級(jí) NPN 管的導(dǎo)通或截止來控制繼電器兩端的電壓，從而來控制繼電器的吸合或斷開，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停 止。下面對(duì)控制電路的工作狀態(tài)作詳細(xì)的介紹： 圖 37 控制電路連接圖 由（圖 37）所示，當(dāng) D1 受到光照時(shí)，通過光電檢測(cè)電路之后， AT89C51 單片機(jī)的 引腳會(huì)檢測(cè)到低電位，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，我們利用 Keil C51 編寫程序，當(dāng) 檢測(cè)到低電平時(shí)，將 清 0，這時(shí)控制電路中的第一個(gè)晶體管截至，而第二個(gè)晶體管導(dǎo)通，從而繼電器吸合，電動(dòng)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 4組與 上圖中完全相同的電路組成，四個(gè)分支分別由 AT89C51 單片機(jī)的四個(gè)引腳 引出，四組電路接了四個(gè)繼電器，分別控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 外部時(shí)鐘電路 由于系統(tǒng)中要進(jìn)行時(shí)間的控制，因此需要使用時(shí)鐘電路。若使用單片機(jī)計(jì)時(shí)，則時(shí)間長了會(huì)引起較大的誤差，需要使用串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。我們選擇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，外圍只有一 晶振，使用靈活。 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、 分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，具有 31 8RAM，可供保存有用數(shù)據(jù)。用于時(shí)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。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 DS1302 慢速充電時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31字節(jié)的靜態(tài) RAM，經(jīng)過簡單的串行接口與單片機(jī)通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷提供秒、分、時(shí)、日、月和年等信息，對(duì)小于 31 天的月末的日期進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年的校正功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可采用 24 小時(shí)或帶上午和下午的 12 小時(shí)格式。 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。 DS1302 還有另外的功能：即用于主電源和備用電源相連接的雙電源引腳 VC1 和 VC2。 DS1302 由 VC1和 VC2 兩者中較大者供電，當(dāng) VC2 大于 VC1+ 時(shí)， VC2給 DS1302 供電。當(dāng) VC2小于 VC1 時(shí)， VC1 給 DS1302 供電，使系統(tǒng)在沒有主電源的情況下也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。此外，它還提供可編程的 VC1 慢速充電功能，從而對(duì)備用電池進(jìn)行充電 [10]。 串行時(shí)鐘芯片的主要組成如（圖 38） 所示，為了初始化任何的數(shù)據(jù)傳送，通過把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)至高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST 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。 圖 38 外部時(shí)鐘芯片邏輯框圖 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 輸出為低電平，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， X2 連接 晶振。 GND：電源地。 RST：復(fù)位，用于對(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。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 其引腳排列及連接（如圖 39）所示： 圖 39 DS1302 顯示電路的設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要顯示時(shí)間，有時(shí)也需要調(diào)節(jié)時(shí)間，由于顯示的內(nèi)容只是數(shù)碼，所以選擇 LED 數(shù)碼管作為顯示器，由于顯示的位數(shù)比較多，因此選用MAX7219 來驅(qū)動(dòng) 8位 LED 數(shù)碼管，依次顯示月，日，時(shí)，分。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段 LED。這種顯示塊有共陰極與 共陽極兩種。共陰極的 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 通常的七段 LED 顯示塊中有 8 個(gè)發(fā)光二極管，其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字型“ 8”，一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。 LED 與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 在單片機(jī)系統(tǒng)中 LED 顯示器是應(yīng)用最廣泛的一種，而其與單片機(jī)的接口方法有很多。如可用 74LS27 74LS248 直接驅(qū)動(dòng) LED，也可用帶有鎖存功能的芯片CD451 CD14513 驅(qū)動(dòng)，但是以上的芯片設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路要考慮一下問題： 電流驅(qū)動(dòng)，一般的并行端口輸出能力不足，故要加電流驅(qū)動(dòng)； 電流限流，每個(gè) LED 上的電流不能過大，否則容易損壞 LED，所以必須加限流電阻； 。若采用動(dòng)態(tài)刷新方式，要占用 MCU資源；若采用靜態(tài)刷新方式，則需用器件太多并且電路更加復(fù)雜。 并且 CD4511 芯片只能驅(qū)動(dòng)一個(gè) LED 顯示器，因此，當(dāng)系統(tǒng)需要連接多個(gè) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 LED 顯示器時(shí)，勢(shì)必造成硬件電路增加，使得電路復(fù)雜，成本也上升。而一塊MAX7219 芯片最多可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LED 顯示器，利用 MAX7219 來驅(qū)動(dòng) LED 顯示器，會(huì)使電路簡單。由于本電路中需要顯示月，日，時(shí)，分，需要多個(gè) LED顯示器，因此，在本系統(tǒng)得顯示部分我們采用了 MAX7219 芯片來驅(qū)動(dòng)。 MAX7219 與單片機(jī)的連接，只需三條線 CLK、 LOAD、 DIN，接線如圖 321 所示，在本設(shè)計(jì)中用到了 8 位 LED 顯示器，分別接到 8 根數(shù)位驅(qū)動(dòng)線上，即 DIG0DIG7，用導(dǎo)線將 8 位 LED 顯示器的 a～ g7 段和小數(shù)點(diǎn) dp 分別并聯(lián)在一起，并連接到 MAX7219 芯片的段選碼 SEGA～ SEGDP 上。 圖 310 顯示電路示意圖 輔助電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，以便中央處理器 CPU