【正文】 可以有效地提高太陽能利用率，適用于各種需要跟蹤太陽的裝置。 步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。 2)調(diào)試中遇到的問題與解決方法 第一種方法是將電機(jī)與驅(qū)動器接線的 A+和 A（或者 B+和 B）對調(diào)即可。為了避免在多云情況下的盲目跟蹤，如果輻射強(qiáng)度沒有達(dá)到特定值，則對于誤差信號超出死區(qū)不作任何 操作。設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)基本 能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，經(jīng)過調(diào)試和修改，但還是存在問題，比如按開關(guān)的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，轉(zhuǎn)速有時比較亂，顯示有時也有些不理想，后面的工作就是在軟件和硬件等方面進(jìn)行修改，以完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過 I/O 口輸出的具有時序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，信號經(jīng)過芯片 L298 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。 LED 顯示器上顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動方向即 CCW(正轉(zhuǎn) )?？刂破鹘邮盏接行У拿钶斎牒蠹磳λ邮盏降拿钸M(jìn)行解釋執(zhí)行 ,這里可執(zhí)行的主要命令包括細(xì)分設(shè)置命令、速度控制命令、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)給定步數(shù)命令及連續(xù)運(yùn)行命令等。采用了比較常用功能相對強(qiáng)大的單片機(jī) AT89C51 作為核心控制器來仿真步進(jìn)電機(jī)的控制。 本系統(tǒng)是有控制核心的 AT89C51單片機(jī)對光敏三極管檢測的光源的信號進(jìn)行分析和處理然后控制步進(jìn)電機(jī)，使其跟隨點(diǎn)光源移動。 X 軸電動機(jī)反轉(zhuǎn) Y 軸電動機(jī)正轉(zhuǎn) SETB ENB CLR MX1 SETB MX2 SETB MY1 CLR MY2 RET GB3: CJNE A,04H,GB4 SETB ENA 。 定義變量 MY2， Y 軸電動機(jī)控制端 2 MOTOR_ROTATE: 。下圖 為 電機(jī)驅(qū)動模塊： 圖 電機(jī)驅(qū)動 電機(jī)驅(qū)動子程序： MX1 EQU 。 如果光線傳感器 2為暗，跳到 SD3 SD4: JB LDR1,SD4 。 開 始初 始 化 單 片 機(jī) ， 設(shè) 置 各 端 口光 強(qiáng) 信 號 檢 測水 平 、 垂 直 信 號 判 斷驅(qū) 動 電 機(jī) 處 理是 否 光 控 停 止 命 令 圖 主程序圖 子程序流程圖 1） 按鍵用來控制電動機(jī)的運(yùn)行情況。當(dāng)控制字表明系統(tǒng)在校正狀態(tài)時，輸出控制量的值由預(yù)期位置量和光電傳感器誤差信號共同計算產(chǎn)生。可能的原因是出現(xiàn)了干擾光源或太陽能板與太陽位置發(fā)生偏離。通過與一個固定阻值的電阻串聯(lián)分壓，將阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。 ALE地址鎖存線。 OUTPUT ENABLE是轉(zhuǎn)換的 8位數(shù)字信號結(jié)果允許輸出引腳 ,當(dāng)高電平時輸出允許。 引腳說明： IN0— IN7是 8路模擬信號輸入。 ：通過采用光電耦合器、濾波電 路等措施解決外界信號對機(jī)器芯片內(nèi)部的干擾。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 16 圖 LCD 顯示器 信號采集處理 信號類型 外界輸入信號有 3種類型：開關(guān)量、數(shù)字量和模擬量。 其 是一種具有 4位 /8位并行、 2線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模 塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192個 16*16點(diǎn)漢字，和 128個 16*8點(diǎn) ASCII字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。如果點(diǎn)光源不在光敏三極管檢測的范圍就不能檢測點(diǎn)光源的光照，所以需要手動調(diào)整步進(jìn)電機(jī)使其尋找到點(diǎn)光源。例如狀態(tài) 1時從 P2口輸出 00101011，然后調(diào)用延時 20ms子程序。電路較為簡單，容易實(shí)現(xiàn)，驅(qū) 動能力和抗干擾能力強(qiáng)，性價比高。重量 ，外形尺寸（ 56*56*45） mm。 L298N芯片可以驅(qū)動一個四相電機(jī)輸出電壓可高達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓。 (3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 13 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。 )＝步進(jìn)電機(jī)分辨率 (176。 （ 3）步進(jìn)電機(jī)分割數(shù) /圈，又代表要讓電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所必須送出的脈沖數(shù)。 步進(jìn)電機(jī)的速度控步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會與輸入的脈沖速度成等比例的關(guān)系，所以在脈沖的速度愈快時，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會跟著加快；脈波速度愈慢時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速自然也跟著變慢。所以欲使步進(jìn)電機(jī)動作的必要系統(tǒng)組成有： （ 1）脈沖產(chǎn)生器 ： 給予角度 (位置移動量 )、動作速度及運(yùn)轉(zhuǎn)方向之脈沖信號的電機(jī)驅(qū)動指令。此時稱步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過 176。 Zr 其中： N——— 控制方式的拍數(shù)。Zr 其中： Zr——— 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的轉(zhuǎn)子齒數(shù)。 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為12MHZ時， C1為 10uF， R1為 ；晶振為 6MHZ時， C1為 22uF,R1為 1KΩ。 （ a）上電復(fù)位 （ b）上電復(fù)位 與按鍵 圖 復(fù)位電路 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。在對 Flash存貯器編程期間，該引腳也用于施加編程語序電源。晶振 CYS的振蕩頻率范圍在 ～12MHZ間選擇，典型值為 12MHZ和 6MHZ。 89C51單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生 ：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部始終方式。當(dāng)采用外部振蕩信號源時，該引腳接收外部振蕩源的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 存儲器系統(tǒng)： 4KB的程序存儲器（ ROM/EPROM/Flash，可外擴(kuò)至 64KB）；128KB的數(shù)據(jù)存儲器（ RAM,可在外擴(kuò) 64KB）；特殊功能寄存器 SFR。 AT89C5l是一種低功耗、高性能的 8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有 4KB的 Flash可編程可擦除只讀存貯器，它采用 CMOS工 藝和高密度非易失性存貯器技術(shù)，而且引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51兼容。這 2臺步進(jìn)電機(jī)同時驅(qū)動同一個對象，使對象在一個平面上以任意曲線運(yùn)動。具體方框圖如圖 。 綜上所述：方案一相對比較有優(yōu)勢，所以選 LCD液晶顯示。可以顯示 8 4行 16 16點(diǎn)陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗又是其中的一個顯著特點(diǎn)。當(dāng)距離比較大時，兩者的靈敏度大大降低。光敏三極管靈敏度遠(yuǎn)高于光電池 ,但受外界環(huán)境影響飄動比較嚴(yán)重 ,用兩個光敏三極管采集點(diǎn)光源兩側(cè)的光強(qiáng)差 ,可以有效消除外界環(huán)境光的干擾 .光敏三極管接收面不僅小而且是一個有聚光功能的透鏡 ,更容易確定點(diǎn)光源的位置。硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件，根據(jù)硅光電池光照強(qiáng)度曲線特性可知：硅光電池的開路電壓或短路電流與光強(qiáng)呈很好的線性關(guān)系。單片機(jī)通過驅(qū)動設(shè)備可控制俯仰角電機(jī)和方位角電機(jī)轉(zhuǎn)動，直到 Vx=Vy=0，即 x=0， y=0，則表明系統(tǒng)光軸已經(jīng)對準(zhǔn)太陽，根據(jù)以上原理即可對太陽能板位置誤差進(jìn)行校正。四個象限接收到相同的光功率，輸出相同的電壓信號。一常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 7 般情況下，連續(xù)運(yùn)行頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于啟動頻率。目前，步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率為 1000～ 3000Hz。隨著輸入脈沖的增加，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小。分析可知，最大負(fù)載力矩不能超過 Tq，否則電機(jī)不能啟動。上失調(diào)角 θ在 π～π之間，如果去掉外載，則轉(zhuǎn)子仍然能夠回到初始穩(wěn)定平衡位置。失調(diào)角 θ和靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩 Tj之間滿足 : Tj=Tjmaxsinθ 式中 Tjmax──最大靜轉(zhuǎn)矩， N注意，步進(jìn)電機(jī)的步距角累計誤差在 360176。 k） 式中， m為定子繞組的相數(shù)； z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)； k為通電方式系數(shù)，整部方式k=1，半步方式 k=論設(shè)計的步距角之差，以分（ ′）表示。步距角就是步進(jìn)電機(jī)輸 入一個脈沖所轉(zhuǎn)過的角度。 此電機(jī)在正常通電狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，角度的變化也近乎連續(xù)，控制簡單方便。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際步距角與理論步距角總有一定的誤差，且誤差可以累加， 但是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一周后，總的誤差被清零了。 （ 2）是控制方便。使得在速度、位置等控制 領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 電動機(jī)的選擇 本系統(tǒng)選擇電機(jī) 主要作用是調(diào)整激光筆的位置，指向光源。不僅有五種低功耗模式還有靈活的時鐘使用模式。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。片內(nèi)的 Flash 存貯器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存貯器編程器來編程。當(dāng)光強(qiáng)度達(dá)到下限值時，停止跟蹤。假設(shè)我們需要的跟蹤范圍是 150 度，那么其可識別的精度則為 150/（ 2N1）度，因此我們可以通過選擇 N 的值來方便調(diào)整需要的精度。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)較為精確，電路也比較簡單。 圖 系統(tǒng)框圖 當(dāng)檢測到太陽能電池板上的光線不足時，單片機(jī)將通過 L298 驅(qū)動 X 軸和 Y軸電動機(jī) MX 和 MY 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，形成支架的組合運(yùn)動直到兩個軸的光敏傳感器都獲得最大的太陽光為止。 根據(jù)圖 的系統(tǒng)框圖，可以設(shè)計一個太 陽跟隨系統(tǒng)的模擬，電路中四個光敏器件 A,A39。當(dāng)水平方向上的兩傳感器的測量數(shù)值相對接近，同時豎直方向上的兩傳感器的測量數(shù)值也相對接近時，位于豎直傳感器中間的激光筆將精確的指向光源。通常按照性價比最高來設(shè)計。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 2 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計 設(shè)計要求 （ 1）自動跟蹤的實(shí)現(xiàn)： 所設(shè)計的雙軸太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī)，需設(shè)計合理的程序從而對電動機(jī)進(jìn)行控制，適時改變電池板的角度。方案比較部分是為了選取更適合此次設(shè)計的器件。 本設(shè)計的主要內(nèi)容 太陽的位置在一天內(nèi)不是固定的，因此太陽能電池板需要盡可能地跟隨太陽運(yùn)動來獲得充足的陽光。并且其結(jié)構(gòu)相對簡單，不需太多的人工干預(yù)，特別適合天氣狀況較復(fù)雜的地域和無人值守的情況，有較好的推廣應(yīng)用價值。通過單片機(jī)的運(yùn)算和處理來確定運(yùn)動趨勢，同時將信號傳給步進(jìn)電機(jī)，使其與光源運(yùn)動，最終達(dá)到高效利用太陽能的目的。目前許多太光源陽能電池板陣列沒能高效的利用太陽資源，發(fā)電效率低。在太陽能光伏發(fā)電中，相同條件下，采用自動發(fā)電設(shè)備要比固定式發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量高，因此在太陽能利用中進(jìn)行跟蹤式十分必要的。 光源跟蹤控制系統(tǒng)可以始終跟蹤太陽 能保證設(shè)備的要求跟蹤部位正對太陽 ，從而提高設(shè)備對太陽能的利用率。 單片機(jī)要有復(fù)位電路使組件 24h 后回到初始位置。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 系 別： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 班 號： 光伏 122 學(xué) 生 姓 名： 王冬冬 學(xué) 生 學(xué) 號： 1206213215 設(shè)計（論文）題目： 光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師： 朱文杰 設(shè) 計 地 點(diǎn)： 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 起 迄 日 期： ～ 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 專業(yè) 光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 班級 光伏 122 姓名 王冬冬 一、課題名稱： 光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計 二、主要技術(shù)指標(biāo)（或基本要求）： 光照強(qiáng)度低于 100Lx 時系統(tǒng)暫停跟蹤光源， 100500Lx時進(jìn)行疏跟蹤，大于 500Lx 時進(jìn)行密跟蹤 。 三、主要工作內(nèi)容： 考察分析光源跟蹤控制系統(tǒng)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用的現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展行情； 尋找相似案例，確定方案的可行性； 通過網(wǎng)絡(luò)和書籍了解并學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)；對所搜集的資料進(jìn)行整理、分析和歸納； 對光源跟蹤控制系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行設(shè)計 ； 對 光源跟蹤控制 系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計； 撰寫畢業(yè)設(shè)計； 與老師和同學(xué)們進(jìn)行交流、研究、討論，對畢業(yè)設(shè)計修改，直到達(dá)到畢業(yè)設(shè)計要求，進(jìn)行答辯。此系統(tǒng)也可以應(yīng)用在工業(yè)中，用光源作為引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)自動化控制等。 二、 課題研究的主要內(nèi)容： 光伏發(fā)電光源跟蹤的諸多優(yōu)勢； 光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)的整體 設(shè)計方案； 硬件設(shè)計：主控芯片、電動機(jī)和傳感器的選擇，主控電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路和按鍵的設(shè)計及信號采集處理； 軟件設(shè)計：主、子程序流程圖； 本設(shè)計的總結(jié)。本次設(shè)計是將固定的太陽能光伏組件改變成雙軸跟蹤光源的太陽能光伏組件，通過跟蹤光源使光伏組件保持較高的輸出功率。 此次設(shè)計的光源跟蹤控制系統(tǒng)能夠使太陽能利用裝置時刻保持與太陽光線垂直，其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且跟蹤精度高，不僅能用于光伏電站的發(fā)電，小的地方還可用于太陽灶、太陽能熱水