【正文】 例如對(duì)于四相電機(jī)來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行模式是四相四拍的，也就是說(shuō)ABBCCDDAAB。四相八拍運(yùn)行模式時(shí)，即AABBBCCCDDDAA。④定位轉(zhuǎn)矩一電機(jī)在斷電的時(shí)候，電機(jī)的轉(zhuǎn)子鎖定本身的力矩的大小。⑤保持轉(zhuǎn)矩一步進(jìn)電機(jī)導(dǎo)通后，在即將幵始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子被定子鎖住的力矩的大小。它是反應(yīng)步進(jìn)電機(jī)性能的眾多參數(shù)中的一個(gè)主要的參數(shù)，其大小一般和步進(jìn)電機(jī)慢轉(zhuǎn)速時(shí)的力矩大小差不多。反應(yīng)步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)有步距角精度、失步、失調(diào)角以及電機(jī)的共振點(diǎn)。如下:①步距角精度一步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角大小的實(shí)際值與理論值之間的誤差，用百分比表示為:誤差/步距角100%。對(duì)于運(yùn)行拍數(shù)不同的步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)的步距角精度是不相等的，如四拍運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)的步距角精度是不大于5%的，而八拍運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)的步距角精度是不大于15%的。②失步一步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)與理論上的步數(shù)不相等時(shí)，其被定義為失步。③失調(diào)角一轉(zhuǎn)子齒軸線與定子齒軸線之間偏離的角度大小。電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，肯定會(huì)存在失調(diào)角的，而由失調(diào)角所帶來(lái)的誤差，細(xì)分驅(qū)動(dòng)是無(wú)法消除的。運(yùn)行轉(zhuǎn)矩特性一在一定的實(shí)驗(yàn)條件下的時(shí)候，通過(guò)測(cè)試得到反映運(yùn)行中的電機(jī)輸出力矩和頻率之間的關(guān)系曲線，該曲線被定義為步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻特性，如下圖所示。圖48 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性曲線當(dāng)確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)的時(shí)候，由于電機(jī)的靜力矩是電機(jī)的固有屬性，因此就不會(huì)再變化了。但由于動(dòng)態(tài)力矩與電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流大小有關(guān)系，而且是隨著平均電流的增大而增大。步進(jìn)電機(jī)輸出力矩和頻率之間的關(guān)系曲線如下圖所示。圖49 步進(jìn)電機(jī)力矩與頻率關(guān)系曲線④電機(jī)的共振點(diǎn)一每個(gè)步進(jìn)電機(jī)都有只與其自身特性有關(guān)的共振區(qū)間，其共振區(qū)間通常介于50r/min至80r/min之間或在180r/rnin左右。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)候的共振不僅會(huì)使電機(jī)失步，而且還會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，因此在使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)一般主動(dòng)采取措施避開(kāi)步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)間。 （2）步進(jìn)電機(jī)的工作原理雖然步進(jìn)電機(jī)有三線類(lèi)型的、五線類(lèi)型的以及六線類(lèi)型的，但它們所采用的控制原理都是一樣的，即都是利用脈沖信號(hào)電流來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的。假如步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈要用200個(gè)脈沖信號(hào)來(lái)對(duì)勵(lì)磁繞組進(jìn)行勵(lì)磁的話，即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與勵(lì)磁脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)之間是呈正比例關(guān)系的。六線四相步進(jìn)電機(jī)是使用比較多的，它的控制等效電路如圖19所示。該類(lèi)型的步進(jìn)電機(jī)共擁有A、5四條勵(lì)磁脈沖信號(hào)線，一般改變這4根勵(lì)磁脈沖信號(hào)線上面的勵(lì)磁脈沖發(fā)生的時(shí)間就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制了?？傊?，步進(jìn)電機(jī)收到一個(gè)勵(lì)磁脈沖信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角的角度，因此，不停地給步進(jìn)電機(jī)發(fā)來(lái)脈沖信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)便可連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 圖410等效電路圖411 繞組說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁方式:步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式有半步勵(lì)磁和全步勵(lì)磁兩種類(lèi)型。對(duì)于全步勵(lì)磁來(lái)說(shuō)，其不僅有一相勵(lì)磁方式，而且還有二相勵(lì)磁方式。而半步勵(lì)磁又被叫做一二相勵(lì)磁。①一相勵(lì)磁一電機(jī)運(yùn)行的任一時(shí)刻，當(dāng)且僅導(dǎo)通步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)繞組線圈。步進(jìn)電機(jī)接收到任意一個(gè)勵(lì)磁脈沖信號(hào)后。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)一相勵(lì)磁方式來(lái)說(shuō)，其具有的特點(diǎn)是:準(zhǔn)確性高、使用的電能少，但是振動(dòng)很大，而且輸出轉(zhuǎn)矩也非常小。如果使用該種勵(lì)磁方式對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制的話，那么其對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁順序則如下表所示。如果要想使步進(jìn)電機(jī)按反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的話，那么只需要將勵(lì)磁信號(hào)反向傳送即可實(shí)現(xiàn)。下表中的1和0分別代表傳送給步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁脈沖信號(hào)的高電平和低電平。 表41 步進(jìn)電機(jī)一相勵(lì)磁順序表STEP AB11 000201003001040001勵(lì)磁順序說(shuō)明1→2→3→4②二相勵(lì)磁一電機(jī)運(yùn)行的任一時(shí)刻，當(dāng)且僅導(dǎo)通步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)繞組線圈。步進(jìn)電機(jī)接收到任意一個(gè)勵(lì)磁脈沖信號(hào)后。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的二相勵(lì)磁方式來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)是電機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中不僅產(chǎn)生的振動(dòng)很小，而且輸出的轉(zhuǎn)矩也比較大，因此成為現(xiàn)在運(yùn)用范圍最為廣泛的勵(lì)磁方式。如果用該種勵(lì)磁方式對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的話，其對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁脈沖信號(hào)順序表則如下表所示。另外如果要想使步進(jìn)電機(jī)按反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的話，則只需要將勵(lì)磁脈沖信號(hào)順序表按反向進(jìn)行傳送即可實(shí)現(xiàn)。 表42 步進(jìn)電機(jī)二相勵(lì)磁順序表STEP AB11 100201103001141001勵(lì)磁順序說(shuō)明1→2→3→4③一一二相勵(lì)磁一該種勵(lì)磁方式是一相勵(lì)磁和二相勵(lì)磁相互替換使用的勵(lì)磁方式。步進(jìn)電機(jī)接收到任意一個(gè)勵(lì)磁脈沖信號(hào)以后。該種勵(lì)磁方式的特點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中不僅平滑，而且分辨率也很高，因此應(yīng)用的范圍非常廣泛。假設(shè)使用該種勵(lì)磁方式對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的話，那么其對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁脈沖信號(hào)傳送的順序則如表5所示。如果要想讓步進(jìn)電機(jī)按反方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的話，只需要將勵(lì)磁脈沖信號(hào)按反向傳送即可實(shí)現(xiàn)。表43 步進(jìn)電機(jī)一二相勵(lì)磁順序表STEPAB11000211003010040110500106001170001勵(lì)磁順序說(shuō)明1→2→3→4→5→6→7→8設(shè)計(jì)的太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤裝置中所使用的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)都是六線四相步進(jìn)電機(jī)，其型號(hào)為57BYG450D4。該種步進(jìn)電機(jī)不僅價(jià)格低廉、控制精度高，而且動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度快等。該六線四相步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)如下表所示。表44 57BYG450D4 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)序號(hào)英文名稱(chēng)中文名稱(chēng)參數(shù)值1Rated voltage電壓2 phase相數(shù)43Step angle步距角。4current電流5resistance電阻6inductance電感7Holding torque保持轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)采用SJ220MA驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)二相混合式步進(jìn)電機(jī)57BYG450D4。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)，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)與控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)光電隔離、電流可調(diào)、整半步可自由設(shè)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、運(yùn)行平穩(wěn)、帶動(dòng)4A以下所有的42BYG、57BYG、86BYG系列步進(jìn)電機(jī)。電路連接如下圖所示。 圖412 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路SJ220MA步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線區(qū)可分為三個(gè)部分：控制信號(hào)端，電源端，步進(jìn)電機(jī)接線端?？刂菩盘?hào)端：驅(qū)動(dòng)器通過(guò)脈沖信號(hào)(CP)接線端口接收脈沖信號(hào)，按接收到脈沖信號(hào)數(shù)量來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度；驅(qū)動(dòng)器通過(guò)方向信號(hào)端(DIR)接收方向信號(hào)，發(fā)送相應(yīng)的指令使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；控制信號(hào)的公共端(COM)； 脫機(jī)電平輸入端(RST)：此端子加低電平，電機(jī)處于自由狀態(tài)。 軟件控制系統(tǒng)整個(gè)程序設(shè)計(jì)包括光電檢測(cè)跟蹤模式、太陽(yáng)固定軌跡跟蹤模式、時(shí)鐘部分、顯示部分。即開(kāi)機(jī)之后，上電復(fù)位，系統(tǒng)進(jìn)入啟用中斷處理程序，進(jìn)入等待模式；若是白天，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)光敏二極管來(lái)判斷是晴天還是陰天，晴天時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入光電追蹤模式，陰雨天時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入太陽(yáng)固定軌跡跟蹤模式。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如下圖所示。圖413 系統(tǒng)流程圖其中檢測(cè)白天還是黑夜時(shí)通過(guò)中斷0來(lái)判斷的，只要INT0檢測(cè)到低電位，系統(tǒng)就進(jìn)入中斷服務(wù)程序，即等待狀態(tài)。而檢測(cè)晴天還是陰天是通過(guò)I/O口查詢(xún)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，盡管I/O口查詢(xún)方式需要不斷的偵測(cè)I/O的電平變化，比較耗費(fèi)單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)間資源，但是由于太陽(yáng)固定軌跡跟蹤模式的程序比較繁瑣，計(jì)算量比較大，因此這部分不適合使用中斷。在光電跟蹤模式下：系統(tǒng)首先檢測(cè)位于圓盤(pán)中央的光敏二極管D0是否受到了光照，系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)D0對(duì)應(yīng)的單片機(jī)的引腳的高低電位來(lái)判斷的。如果系統(tǒng)檢測(cè)到D0受到了光照，這時(shí)軟件控制系統(tǒng)延時(shí)15分鐘。如果系統(tǒng)檢測(cè)到D0沒(méi)有受到光照，之后系統(tǒng)對(duì)分布在D0周?chē)?個(gè)光敏二極管D1～D4分別檢測(cè)，如果檢測(cè)到哪個(gè)光敏二極管所對(duì)應(yīng)的單片機(jī)引腳是低電位，這就說(shuō)明這個(gè)光敏二極管受到了光照，這時(shí)系統(tǒng)命令此光敏二極管所對(duì)應(yīng)的電機(jī)超規(guī)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到D0受到光照為止，這樣就完成了追蹤太陽(yáng)的目的。在太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式下：當(dāng)陰天時(shí)，光電追蹤模式不能準(zhǔn)確地追蹤，因此啟用太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式進(jìn)行追蹤。此模式只與時(shí)間和地點(diǎn)有關(guān)，而不受太陽(yáng)光強(qiáng)弱的影響，正好彌補(bǔ)了光電追蹤模式陰天不能正常追蹤的缺陷。時(shí)鐘部分：系統(tǒng)選用的是串行時(shí)鐘芯片DS1302，在太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式下，系統(tǒng)需要讀取DS1302內(nèi)的時(shí)間來(lái)計(jì)算太陽(yáng)高度角和方位角。系統(tǒng)中用到了中斷服務(wù)程序，黑夜?fàn)顟B(tài)下INT0檢測(cè)到低電位，系統(tǒng)進(jìn)入中斷處理程序，命令兩個(gè)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，程序設(shè)計(jì)如下：　Void initial（）//初始化{EA=1； //CPU所以中斷開(kāi)EX0=1； //IT0中斷開(kāi)IT0=0； //IT0低電平觸發(fā)EX=1； //INT1中斷開(kāi)IT1=0； //IT1低電平觸發(fā)Return；}void int0（）interrupt 0 using 0{ FINT0=1；}If（FINT0=0） //中斷0{ FINT0=0；P1=0xff； } //所有電機(jī)停轉(zhuǎn)第4章 陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 光電追蹤器模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)啟動(dòng)之后進(jìn)行判斷啟用何種模式，晴天時(shí)進(jìn)入光電檢測(cè)追蹤模式，遇到陰天時(shí)進(jìn)入太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式。光電檢測(cè)追蹤模式的軟件設(shè)計(jì)相對(duì)太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單的多，它不存在讀取DS1302時(shí)間，計(jì)算太陽(yáng)角度問(wèn)題，它是通過(guò)判斷指定的單片機(jī)引腳電位的高低來(lái)確定太陽(yáng)的朝向，之后單片機(jī)控制電機(jī)朝太陽(yáng)光的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)動(dòng)到位于圓盤(pán)中央的D0光敏二極管受到光照為止。因此這部分的設(shè)計(jì)也不存在每次調(diào)整時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)算，因?yàn)檫@個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間是隨機(jī)的，它因太陽(yáng)光線與太陽(yáng)板之間的角度的大小而不同。這部分的程序設(shè)計(jì)只需要根據(jù)單片機(jī)檢測(cè)4個(gè)光敏二極管所對(duì)應(yīng)的單片機(jī)的4個(gè)引腳的點(diǎn)位的高低，來(lái)判斷當(dāng)時(shí)太陽(yáng)的朝向，并對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)出相應(yīng)的命令，程序流程圖如下圖所示。圖414 光電檢測(cè)追蹤模式流程圖 光電檢測(cè)追蹤模塊的設(shè)計(jì)。以SJ220MA驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)二相混合式步進(jìn)電機(jī)57BYGH8404運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)停止位置只取決于接收脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，在通常情況下，負(fù)載大小對(duì)其沒(méi)有影響。步進(jìn)電機(jī)每收到一個(gè)脈沖信號(hào)，則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，因?yàn)榫哂羞@種線性關(guān)系，且步進(jìn)電機(jī)只有周期誤差，沒(méi)有累積誤差， 步進(jìn)電機(jī)在速度位置等控制領(lǐng)域應(yīng)用變得簡(jiǎn)單，具有瞬間啟動(dòng)和急停等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)如下圖所示。 圖415 光電檢測(cè)追蹤模式流程圖 太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)中。，啟動(dòng)太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式程序。原理：首先進(jìn)入太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式，從時(shí)鐘芯片那里獲取當(dāng)前時(shí)間，再結(jié)合預(yù)設(shè)的模型里的公式，計(jì)算出太陽(yáng)能板當(dāng)時(shí)在太陽(yáng)高度角及方位角方向分別偏移水平方向的高度，延時(shí)15分鐘后，利用相同方法計(jì)算延時(shí)后所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)方向上的偏移高度，計(jì)算兩次調(diào)整之間的角度差，就可以利用這個(gè)高度差計(jì)算出需要電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度了。該追蹤程序流程圖如下圖所示。圖416 太陽(yáng)固定軌跡追蹤模式流程圖 本章小節(jié)本章主要闡述的內(nèi)容是整個(gè)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，包括器件的選擇和電路的設(shè)計(jì)。電路主要包括光電檢測(cè)電路、單片機(jī)控制電路、時(shí)鐘電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路。在介紹每部分電路的同時(shí)，對(duì)在此部分電路中所選取的芯片也作了介紹，重點(diǎn)介紹對(duì)象是每部分電路的連接方法、電路原理以及電路在系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)的功能。還有主要內(nèi)容是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，以理論為主。分別闡述了系統(tǒng)下列程序部分：系統(tǒng)主程序模塊、光電追蹤器模塊、光電檢測(cè)追蹤模塊、固定軌跡跟蹤模式，并在每個(gè)模塊的介紹中都以框圖形式說(shuō)明了各個(gè)程序模塊的工作原理?？偨Y(jié) 總結(jié)太陽(yáng)能光纖照明與傳統(tǒng)市電照明技術(shù)的有機(jī)結(jié)合使得太陽(yáng)能被廣泛應(yīng)用于照明。目前國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能與傳統(tǒng)市電照明結(jié)合的性能更優(yōu)的系統(tǒng)和新裝置不斷被研制出來(lái)，各國(guó)科研人員對(duì)太陽(yáng)能光纖照明實(shí)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究正在進(jìn)一步深入，各種新方案、新器件不斷被運(yùn)用到太陽(yáng)能光纖照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作當(dāng)中。結(jié)合目前該領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)本文設(shè)計(jì)制作的太陽(yáng)能光纖照明裝置總結(jié)如下:(1)深入研究并分析了各種聚光裝置的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)和其在實(shí)際使用過(guò)程中所遇到的問(wèn)題，并且本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能光纖照明系統(tǒng)選用了基于菲尼爾透鏡結(jié)構(gòu)的聚光器作為本系統(tǒng)的聚光裝置，而且也對(duì)其設(shè)計(jì)原理、尺寸計(jì)算方法等進(jìn)行了詳細(xì)介紹。(2)詳細(xì)分析了聚光裝置匯聚的太陽(yáng)光束耦合進(jìn)傳光光纖的條件以及光纖傳光的原理，并且設(shè)計(jì)了能夠提高耦合效率的太陽(yáng)光耦合裝置，從而提高了整個(gè)光纖照明系統(tǒng)的效率。(3)分析對(duì)比了現(xiàn)有的太陽(yáng)光跟蹤方法，即視日跟蹤和光電跟蹤方式，并對(duì)其工作原理、實(shí)際使用過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析比較，最終確定了本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤裝置采用光電跟蹤的方式，而且對(duì)由光敏二極管組成的信號(hào)采集電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析、介紹。在硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，硬件與軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤裝置對(duì)太陽(yáng)方位的二維、精確追蹤。增加的濾光片有效地濾除了太陽(yáng)光纖