【正文】 經(jīng)過高頻熱處理。 （ 5） 經(jīng)過精密加工，確保定位精度，這一切構(gòu)成了齒輪傳動(dòng)總 成的齒輪減速電機(jī)配置了各類電機(jī)，形成了機(jī)電一體化，完全保證了電機(jī)的 質(zhì)量特征。 （ 6） 減速電機(jī)才用了系列化、模塊化的設(shè)計(jì)思想，有廣泛的適應(yīng)性， 有極其多的電機(jī)組合、安裝位置和結(jié)構(gòu)方案，可按實(shí)際需要選擇任意轉(zhuǎn)速和各種結(jié)構(gòu)形式 [27]。 通過對(duì) 直流高速、直流低速和直流減速電動(dòng)機(jī)這三種電機(jī)的分析和比較，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè) 12V直流減速電機(jī)作為橫縱方向上的轉(zhuǎn)向裝置。 在本設(shè) 計(jì)中，考慮到驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)的負(fù)載較小，故選用了型號(hào)為 S50K 的 12V直流減速電機(jī)。 表 31 12V直流 電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 電壓 （ V） 空載轉(zhuǎn)速(r/min) 額定轉(zhuǎn)速(r/min) 扭矩(kgcm) 空載電流(mA) 尺寸不含軸（ mm） 重量 (g) S50k DC24 42 32 60 50*36 65 直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選 取 為了使電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中更加準(zhǔn)確 的對(duì)太陽光的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行檢查和跟蹤，這里將用到 L293D作為兩個(gè) 12V直流減速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片 [28]。 如圖 32所示， 293LD包含了 16個(gè) 引腳， 它的芯片里 含有 2個(gè) H橋電路 模塊 ， 其余全部的電路 都 像一個(gè) n的形狀 。 293LD的內(nèi)部這樣連接好處特別多，比如可以形成連續(xù)的電流、兩個(gè)直流電機(jī)可以在豎直和水平方向做空間運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)跟蹤定位后電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，芯片內(nèi)部產(chǎn)生微弱的電流，這里它 起到 了 “動(dòng)力潤滑 ”的效果 ， 并且緩解了電機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是 293LD的速度適中、平緩、性能較好。轉(zhuǎn)軸的 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可以通過 修改 293LD參數(shù) 來決定，其余形式的信號(hào)能夠用在 PWM上。一個(gè) 293LD芯片齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 中含有兩個(gè) H 橋模塊，說明一個(gè) 293LD模塊能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且彼此不會(huì)相互干擾。每個(gè) 293LD有三個(gè)輸入信號(hào) 12EN 、 1IN 、 2IN ，其中 12EN 接電源， 1IN 、 2IN 接芯片的輸入信號(hào) ， 當(dāng) 1IN 、 2IN 接高、低電平時(shí) 電機(jī)正轉(zhuǎn)， 相 反 電機(jī)反 著轉(zhuǎn) [29]。 293LD驅(qū)動(dòng)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 32所示： 圖 32 L293D內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 L293D的技術(shù)參數(shù)如下： 表 32 L293D的技術(shù) 參數(shù) 型號(hào) 工作溫度 最大輸出電壓 最大輸出電流 通道數(shù) 驅(qū)動(dòng)器數(shù) L293D 40℃ 到 +150176。C 36V 600mA 4 4 第一個(gè)也許也是最重要的一項(xiàng)功能是 4個(gè)驅(qū)動(dòng)器中的每一個(gè)都有嵌位二極管來抑制電機(jī)關(guān)斷時(shí)的反 EMF。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樵隍?qū)動(dòng)器關(guān)閉時(shí)，所有的磁性元件都會(huì)產(chǎn)生大的電壓尖峰信號(hào)。這些大的尖峰信號(hào)是由電流斷開時(shí)正在消失的磁場引起的。因此，在線圈的兩端 接一個(gè)二極管，以便防止這些反 EMF 干擾或者損壞任何的電子元件。 L293D 的另一個(gè)特性是每個(gè)驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)允許信號(hào)。不必修改驅(qū)動(dòng)器控制部分，就能夠使用這些信號(hào)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制（ PWM）速度控制。通過將電機(jī)的兩個(gè)導(dǎo)線連接在L293D 模塊的各半邊，能夠使 L293D 輸出的控制信號(hào)來控制兩個(gè)直流電機(jī)在豎直和水平方向上正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，最終達(dá)到對(duì)太陽光線檢測(cè)跟蹤的目的。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 四通道電壓比較器的選 取 本系統(tǒng)中 電壓比較器 選用的是 LM324。電壓比較器采用集成電路原理，它是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的 一種應(yīng)用電路。它可以看作是放大倍數(shù)接近 “無窮大 ”的運(yùn)算放大器 [30]。 LM324 四通道電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大?。ㄓ幂敵鲭妷旱母呋虻碗娖?，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；可工作在線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)，工作在線性工作區(qū)時(shí)特點(diǎn)是虛短、虛斷；工作在非線性工作區(qū)時(shí)特點(diǎn)是跳變、虛斷。 LM324 能夠在 3 V到 32 V的電壓下工作，其靜態(tài)電流約為 1741MC 的 1/5。四通道電壓比較器中的每個(gè)都能夠用圖 33 的引腳表示出來，該元器件包含 5 個(gè)引腳， 2 個(gè)輸入端信號(hào)為 “+”、 “”， 電源正負(fù)兩個(gè)電源可以用 “V+”、 “V”表示，輸出端為 “Vo”。 Vi （ ） 的電位和輸入端正好相反 ， Vi+（ +） 和輸入端的方向相同。 LM324 系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單 電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的 LM324 系列，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無需額外的 177。15V電源標(biāo)準(zhǔn)的 5V電源電壓。 LM324 在本系統(tǒng)的作用：當(dāng)光源的強(qiáng)度不同時(shí)， 4 個(gè)光敏電阻產(chǎn)生不同的電壓，通過四通道電壓比較器 LM324對(duì)產(chǎn)生壓差進(jìn)行 比較 并 輸出 相應(yīng)的 高低電平， 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LED指示燈發(fā)光 ，同時(shí)輸出的 4 路信號(hào)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L293D 的輸入 。 圖 33 LM324 的 管腳排列圖 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 LM324 技術(shù)參數(shù)如下： 表 33 LM324 的技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 工作溫度 電壓范圍 放大器數(shù)目 針腳數(shù) LM324 0℃ 到 +70℃ 3V到 32V 4 14 三端穩(wěn)壓 芯片的選取 為了保護(hù)系統(tǒng)電路，我 選用的是三段穩(wěn)壓電路，它可以起到降壓、穩(wěn)壓的作用。 常用的 78 系列和 79 系列， 78 系列 的都是 三端正電源穩(wěn)壓電路 ， 79 系列 的都是負(fù)電源穩(wěn)壓電路 ，輸入電壓一般不要太大，低于 36V以內(nèi) [31]。 7 79 后面經(jīng)常出現(xiàn) L或 H 或空白代表額定電流，如 78L12 代表輸出 +12V 的電壓。 78 系列的封裝形式為 TO220，它有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常的廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作 區(qū)得保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，他們就能夠提供大于 的輸出電流。雖然是按照固定電壓值來設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。 在這里用到的是 LM7806 三端穩(wěn)壓器，它的輸出電壓為 +6V，最大電流 500 毫安。它的接線方式為：字面向自己時(shí)，最左邊是 1 腳，中間是 2 腳，最右邊是 3 腳。如圖 34所示：接線時(shí) 1 腳接電壓輸入， 2 腳接地， 3 腳接輸出端。 LM7806 芯片的特點(diǎn)： （ 1） 最大輸出電流為 。 （ 2） 輸出電壓為 5V； 6V； 8V； 9V； 10V； 12V； 15V； 18V； 24V。 （ 3） 熱過載保護(hù)。 （ 4） 短路保護(hù)。 （ 5） 輸出晶體管安全工作區(qū)保護(hù) [32]。 圖 34 LM7806 外形引腳排列圖管腳圖 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 表 34 LM7806 三 端穩(wěn)壓電路極限參數(shù)： Parameter 參數(shù) Symbol符號(hào) Value 單位 輸入電壓 (for VO =5V to 18V) VI 35 V (for VO =24V) VI 40 V Thermal Resistance JunctionCases 熱阻 (結(jié)到殼 ) (TO220) RθJC 5 ℃ /W Thermal Resistance JunctionAir 熱阻 (結(jié)到空氣 ) (TO220) RθJA 65 ℃ /W Operating Temperature Range 工作溫度范圍 TOPR 0 ~ +125 ℃ Storage Temperature Range 儲(chǔ)存溫度范圍 TSTG 65 ~ +150 ℃ 本章小結(jié) 本章中闡述了 太陽光入射角光電檢測(cè)裝置的機(jī)械和硬件部分 的整體結(jié)構(gòu)框圖，還對(duì)系統(tǒng)所需使用的 直流 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 、直流減速電機(jī)、四通道電壓比較芯片進(jìn)行了選型與簡 介 。 本裝置為機(jī)電一體裝置，采用兩個(gè)電機(jī)雙維錯(cuò)位放置， 通過 四個(gè)光敏電阻交叉對(duì)比所受光照強(qiáng)度，當(dāng)該板未對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)，因角度差會(huì)造成兩兩對(duì)應(yīng)的光敏電阻上所接受的光強(qiáng)不同，從而產(chǎn)生微弱的壓差，該壓差與標(biāo)準(zhǔn)壓差送入四通道電壓比較器芯片LM324 中進(jìn)行比較輸出 ，得出四路高低電平的信號(hào)變化，該變化信號(hào)就是太陽方位的實(shí)時(shí)反應(yīng) ，輸出的 四路信號(hào)送入 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L293D 中，驅(qū)動(dòng)兩電直流電機(jī)按相應(yīng)的方位進(jìn)行位移，當(dāng)位移過程中，控制板對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)，芯片無輸出，電機(jī)進(jìn)入鎖定狀態(tài) ，從而達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)跟蹤太陽光的目的 。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 4 章 光電檢測(cè) 跟蹤系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì) 仿真軟件 Proteus 本系統(tǒng)使用的仿真軟件為 Proteus，它是它不僅具有其他 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真各種芯片模塊及外圍元器件。它是目前世界上唯一能使電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和模擬模型仿真軟件融合到一起的設(shè)計(jì)平臺(tái)，下面是它的特點(diǎn) 和 ISIS 繪制系統(tǒng)的特性 [33]。 Proteus 仿真軟件的特點(diǎn) （ 1） 完全滿足我們所用到 的 原理圖制作和仿真的基本 要求， 而且相對(duì)于同種功能的軟件具有顯著的特點(diǎn)。 （ 2） 包含 模擬 的 電路仿真、數(shù)字 的電路仿真和其他模塊構(gòu)建的系統(tǒng) 仿 真、調(diào)試器 、LCD 系統(tǒng)仿真的功能； 而且還包含多種虛擬器件，例如信號(hào)發(fā)生器、 示波器、分析儀。 （ 3） 庫里包含的 芯片類型有： AVR 芯片 、 PIC12 芯片 、 Z80 芯片 、 LM78 芯片等其他模塊芯片 。 （ 4） 軟件中包含了非常多的存儲(chǔ)芯片和其他常用的元器件。 簡而言之， Proteus 已成為外部芯片模塊的 繪制 和仿真調(diào)試 為一體的仿真工具 ，其功能非常的強(qiáng)大和完善，是其他任何一個(gè) 軟件不能 與之 相比的 [34]。 ISIS 智能原理圖繪制系統(tǒng) ISIS 智能原理圖繪制系統(tǒng)是 Preoteus 系統(tǒng)的中心，它具有設(shè)計(jì)繪畫和控制原理圖的超強(qiáng)功能。 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)有以下特性： （ 1） 高質(zhì)量的制圖功能 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)提供給用戶完善智能的圖形外觀繪畫功能，其中包括線寬、填充類型、字符等全部的控制功能 。 （ 2） 非常好 的 界面 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng) 非常的智能 ， 我們 只 要電機(jī) 擊元件的引腳就 可以完成 系統(tǒng)電路圖的 布線。 我們可以用鼠標(biāo)對(duì) 元件 進(jìn)行移動(dòng) 、 修改和 刪除 等 操作 。 （ 3） 自動(dòng)走線 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)在布線的時(shí)后只要單擊想要連接的兩個(gè)元件的引腳，就能簡單地實(shí)現(xiàn)連線。在布線位置比較特殊的時(shí)候，使用者只需在特殊位置雙擊就可以完成走線。自動(dòng)走線也能在元件移動(dòng)的時(shí)候操作從而自動(dòng)解決相應(yīng)的連線問題，并且原來的齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)重新布置或移除。既節(jié)約了時(shí)間，又避免了其他可能存在的錯(cuò)誤。 （ 4） 層次設(shè)計(jì) ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)支持層次構(gòu)圖的設(shè)計(jì)，模塊可以畫成標(biāo)準(zhǔn) 的元件，特殊的元件能夠被定義為通過電路圖表示的模塊，并且能夠隨意的 設(shè)定層次，在使用中還 能夠去掉不需要的元器件。 （ 5） 總線支持 ISIS 原理圖 輸入系統(tǒng) 不只 是一根總線，它 也可以使用 總線 的引線來 控制相關(guān)模塊。所以總線能夠用一條線來控制 ，從而節(jié)省了繪圖所需要的時(shí)間和空間。 （ 6） 元件庫 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)的元件庫中包含了 8000 個(gè)元件，其中有標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)、三極管、二極管、熱離子管、 TTL、 CMOS、 ECL、微處理器，以及存儲(chǔ)器元件、 PLD、模擬 Ic 和運(yùn)算放大器等。 （ 7） 復(fù)合元件 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)的元件庫表達(dá)方式有很多種，無論是單個(gè)元件、同態(tài)復(fù)合元件、異態(tài)復(fù)合元件，還是連接器，都可以在原理圖上以獨(dú)立引腳的形式來表達(dá)，不需要所有的線都連到一 個(gè)獨(dú)立元件上。 （ 8） 元件特性 在電路設(shè)計(jì)中的每個(gè)元件都有一定的屬性或特性。某些元件的特性直接影響到軟件的功能和特性 (如 PCB 封裝或仿真 )并且用戶也可以添加自己的特性。一旦庫建立，就能直接提供元件的默認(rèn)值及特性定義。特性定義會(huì)提供大量的特性描述，當(dāng)要修改元件時(shí)，元件的特性定義將顯示在編輯區(qū)域內(nèi)。 （ 9） 報(bào)告 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)支持許多第三方網(wǎng)表格式，因此能夠被其他的軟件所使用．在設(shè)置完元件清單后就可以添加用戶所需的元件屬性，也可設(shè)置屬性列從而挑選與設(shè)計(jì)需要相符合的元件屬性。 ERC 報(bào)告可以列出可能的連 線錯(cuò)誤，如末連接的輸入、矛盾的輸出及未標(biāo)注的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等問題都會(huì)在報(bào)告中指出。 Proteus 仿真步驟 （ 1） 進(jìn)入 Proteus ISIS 雙擊桌面上的 ISIS 7 Professional 圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的 “開始 ”→“ 程序 ”→“Proteus 7 Professional” →“ISIS 7 Professional” 。 如圖 41 所示，表明已進(jìn)入 Proteus