【正文】 學(xué) 校 有權(quán)保留送 （提） 交的學(xué)位論文， 并對 學(xué)位論文 進(jìn)行二次文獻(xiàn)加工供其他讀者 查閱和借閱；學(xué)?？梢?在網(wǎng)絡(luò)上 公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存學(xué)位論文。 學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)聲明 25 學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)聲明 本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即： 本科 生在校攻讀學(xué)位期間學(xué)位論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)。在做畢業(yè)設(shè)計過程中，本人不僅學(xué)到了和設(shè)計有關(guān)方面的內(nèi)容，而且還從師老師處學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識和技能！ 感謝師老師所提供的良好環(huán)境，使我能夠順利完成畢業(yè)論文工作。師公社老師對真理的追求、對工作和生活的態(tài)度永遠(yuǎn)值得我們學(xué)習(xí)！ 在做畢業(yè)設(shè)計期間，我始終是在師公社老師全面、具體的指導(dǎo)下進(jìn)行的。通過與固定式光伏電池相比較，可以看出自動跟蹤控制可以提高發(fā)電量。 對太陽位置的自動跟蹤使光伏電池可以最大限度的接受太陽輻射。 4 結(jié)論 22 4 結(jié)論 本文主要研究了太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的制動跟蹤控制系統(tǒng)，結(jié)合資料及前人的研究，設(shè)計了建大的自動跟蹤控制系統(tǒng)。 高度驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括高度角電機(jī)、高度角蝸桿、高度角蝸輪、絲杠、絲杠鉸鏈俯仰鉸鏈和撐板組成，高度角電機(jī)輸出軸連接高度角蝸桿，高度角蝸桿與高度角蝸輪嚙合傳動，高度角蝸輪內(nèi)部 有絲母，通過絲母高度角蝸輪與絲杠嚙合，絲杠與支撐板通過絲杠鉸鏈、軸承與方位角跟蹤平臺緊配合，從而為高度角蝸輪提供支撐。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 驅(qū)動單元的方位角驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括方位角電機(jī)、方位角蝸桿、方位角蝸輪、方位角轉(zhuǎn)軸和方位角跟蹤平臺，其中方位角電機(jī)、方位角蝸桿、方位角蝸輪和方位角轉(zhuǎn)軸置于 一個 箱體內(nèi)，箱體上下各用一個圓錐滾子軸承，方位角跟蹤平臺被支撐在方位角轉(zhuǎn)軸上。③可以自鎖。②工作平穩(wěn)噪聲小。 傳動部分 傳動結(jié)構(gòu)采用蝸輪蝸桿，因?yàn)槠渚哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：①傳動比大。 表 TA8435細(xì)分工作方式 M2 M1 細(xì)分?jǐn)?shù) 0 0 1 1 0 1 0 1 無 2 4 8 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 1616151514141313121211111010991122334455667788T L P 52 1 4U91616151514141313121211111010991122334455667788T L P 52 1 4U 1 0R 3 8R 3 9R 4 0R 4 1R 5 8R 5 9R 6 0R 6 1p1 .7P 1 .6P 1 .5P 1 .4C K 1C K 2C W / C C WT A / R E S E TV5R 4 2R 4 3R 4 4P 1 .3P 1 .2P 1 .1R 6 2R 6 3R 6 4T A / E N A B L EM1M2V5+ 3 V D 2+ 3 V D 2 C 4 30. 1 uFV5C K 1C K 2C W / C C WT A / R E S E TT A / E N A B L EM1M2C 4 533 00 p FC 5 00. 1 uF+ C 410 uFV 2 4D4D6D8D 1 0R 7 4R 7 3A/AB/BV C C13/ M 011C K 17C K 26C W / C C W5/ R E S E T2/ E N A B L E3M18M29R E F I N10O S C4SG1PGNDB17PGNDA22V M B15V M A24A23/A20B19/B16N F A21N F B18NC12NC14NC25T A 84 3 5U 1 3 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 步進(jìn)電機(jī) 型號 在太陽跟蹤系統(tǒng)中，采用 2相步進(jìn)電機(jī) 。 圖 TLP5214內(nèi)部結(jié)構(gòu)及光耦連接電路 圖 是單片機(jī)與 TA8435H 相連控制方位角步進(jìn)電機(jī)的原理圖，高度角方向上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖和方位角方向上的類似，只是采用單片機(jī) P2 口來輸出。當(dāng)單片機(jī)控制引腳輸出為低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，從而使得三級管導(dǎo)通，驅(qū)動控制信號為低電平。該二極管需要足夠的正向電流和靈敏度。若驅(qū)動電流為 ， REFIN 為高電平時， RNF 選用 2Ω ,2 W 的大功率電阻。公式為： IO=VNF/RNF。本設(shè)計中，控制脈沖只有一路，因此直接接入 CK1，同時將 CK2 置高，就滿足要求。 ②控制脈沖的輸入設(shè)定 TA8435H 由兩個脈沖輸入引腳 CK CK2，可以用來輸入兩路脈沖。該芯片具有以下特點(diǎn)： ①工作電壓范圍寬 10V～ 40V； ②輸出電流平均可達(dá) 和 峰值； ③具有整步、半步、 1/4 細(xì)分、 1/8 細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇； ④采用脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式； ⑤具有正 /反轉(zhuǎn)控制功能； ⑥帶有復(fù)位和使能引腳； ⑦可選擇使用單時鐘輸入或雙時鐘輸入； 工作條件： 邏輯電源電壓： ；功率電源電壓 :24V；輸出電流 :2A；最大輸入邏輯電平 :VCC；最大時鐘頻率： 5 KHz； OSC 頻率： 1580Hz TA8435H 功能描述： ① TA8435H 的工 作方式的設(shè)定 TA8435H 有四種工作方式，分別代表著無細(xì)分、 2 細(xì)分、 4 細(xì)分、 8 細(xì)分。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 本文選用的 TA8435 芯片來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。一般用離散辦法來逼近理想的升速曲線。升速時使脈沖串逐漸加密、減速時逐漸稀疏。但實(shí)際上電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高時，由于反電動勢和繞組電感的作用，繞組電流將逐漸減少，因此輸出轉(zhuǎn)矩將有所下降，按指數(shù)規(guī)律升速，加速度是逐漸下降的，接近電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨速度變化的規(guī)律。按直線規(guī)律升速時加速度恒定，因此要求電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒定值。 升速的起始速度應(yīng)等于或略小于系統(tǒng)的極限啟動頻率（速度），而不是從零開始。因此，在步進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)位控制過程中，運(yùn)行速度一般都要經(jīng)過一個加速 — 恒速 — 減速的過程。如果非常緩慢的升降速，步進(jìn)電動機(jī)雖然不會產(chǎn)生失步和過沖現(xiàn)象，但影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作效率。如果啟動時一次將速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率，步進(jìn)電動機(jī)要發(fā)生失步現(xiàn)象，因此會造成不能正常啟動。同時，可以減少震蕩、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動。當(dāng)轉(zhuǎn)子按照這樣的規(guī)律轉(zhuǎn)過 N個小步時，實(shí)際上相當(dāng)于轉(zhuǎn)過一個步距角。當(dāng)通電相電流不馬上升到位，而斷 電相電流并不立即降為 0時，他們所產(chǎn)生的磁場合力，會使轉(zhuǎn)子有一個新的平衡位置，這個新的平衡位置是在原來的步距角范圍內(nèi)。繞組通電的過程非常簡單，即通電 斷電反復(fù)進(jìn)行。很顯然，在電動機(jī)驅(qū)動器內(nèi)部不包 含 有環(huán)形分配器，而環(huán)形分配器的功能必須由單片機(jī)系統(tǒng)來完成。 圖 控制線可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)方向的控制，如為低電平：“ 0”時，環(huán)形分 配器按正方向進(jìn)行脈沖分配，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動；而為高電平“ 1”時，環(huán)形分配器按反方向進(jìn)行脈沖分配，電動機(jī)反向轉(zhuǎn)動。當(dāng)需要電動機(jī)恒速運(yùn)行時，就發(fā)出恒定周期的脈沖串；當(dāng)需要加減速運(yùn)行時，就發(fā)出周期遞減活周期遞增的脈沖串；當(dāng)需要鎖定狀態(tài)時，只要停止發(fā)脈沖串就可以了。由于單片機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動器之間只有兩條控制線，使系統(tǒng)構(gòu)成簡單。 1）串行控制 具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器之間只需兩條控制線，一條用來發(fā)出時鐘脈沖串，另一條用來發(fā)出方向電平。因此，步進(jìn) 電機(jī)大部分還是采用開環(huán)控制的。理論上說，閉環(huán)控制比 開環(huán) 控制可靠，但步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)價格較高，還容易引起持續(xù)的機(jī)械震 蕩。市場上也有很多將硬件脈沖分配與驅(qū)動西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 電路集成在一起的芯片，這為系統(tǒng)設(shè)計帶來了很大的方便。步進(jìn)電動機(jī)常用的驅(qū)動電路主要有： 1）單電壓限流型驅(qū)動電路、2）雙電壓驅(qū)動電路、 3）斬波驅(qū)動電路。 經(jīng)脈沖分配器輸出的脈沖能保證步進(jìn)電動機(jī)繞組按規(guī)定順序通電，但輸出的脈沖電流太小，其驅(qū)動功率很小，而步進(jìn)電動 機(jī)繞組通常需要相當(dāng)大的功率，包含一定的電流和電壓才能驅(qū)動。軟件法在電動機(jī)運(yùn)行過程中，要不停地產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的時間，可能使單片機(jī)無法同時進(jìn)行其他工作，所以，硬件法更常用。這種分配既可以用硬件來實(shí)現(xiàn)也可以用軟件來完成。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生某些頻段連續(xù)變化的脈沖信號。不僅在開環(huán)伺服系統(tǒng)，而且在閉環(huán)以及半閉環(huán)的伺服控制系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛，尤其是在強(qiáng)調(diào)速度控制、位置控制的伺服系統(tǒng)，例如數(shù)控設(shè)備中的刀具快速定位以及輪廓的定位跟蹤系統(tǒng)。 4）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動 負(fù)載。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。因此，不存在累積誤差，具有良好的跟隨性。用戶可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。 R80 為一上拉電阻，阻值在 1K100K 都可。每當(dāng)單片機(jī) /INT0 口撲捉到下降沿，系統(tǒng)便立刻響應(yīng)最高級外部中斷，調(diào)用中斷處理程序，使跟蹤平臺向東方，回歸初始位置。可以看出，方位軸在正常的工作范圍到極限位置時，單片機(jī) /INT0 端口會接受到 一個負(fù)脈沖。光電隔離藕合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地，之間的分布電 容極小，而絕緣電阻卻很大，因此回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過光電隔離耦合器饋送到另一邊去，從而被有效的抑制了。電磁繼電器響應(yīng)延遲時間要幾毫秒，而光電隔離藕合器的響應(yīng)延遲時間只有左右。本系統(tǒng)采用光電隔離藕合器實(shí)現(xiàn)行程開關(guān)和單片機(jī)電路的電氣互連。高度角是 0~90176。本跟蹤系統(tǒng)方位角轉(zhuǎn)動范圍是177。在高度角方向上不存在夜間歸位的問題。 開關(guān)量輸入電路 為了是跟蹤平臺在方位角方向上夜間歸位，安裝一個行程開關(guān)（限位開關(guān)），用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。轉(zhuǎn)換西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 數(shù) 據(jù)被 保存在寄存器： ADC0H 和 ADC0L。轉(zhuǎn)換觸發(fā)源有： ①向 ADC0CN 的 AD0BUSY 位寫 1； ②定時器 3溢出（即定時的連續(xù)轉(zhuǎn)換）； ③外部 ADC 轉(zhuǎn)換啟動信號的上升沿， CNVSTR； ④定時器 2溢出（即定時的連續(xù)轉(zhuǎn)換）； AD0BUSY 位在轉(zhuǎn)換期間被置‘ 1’，轉(zhuǎn)換結(jié)束后復(fù)‘ 0’。在系統(tǒng)復(fù)位 AMUX 的默認(rèn)方式為單端輸入。 可以將 AMUX 輸入對編程為工作在差分或單端方式。只有當(dāng) ADC0 控制寄存器中的 AD0EN 位被置‘ 1’時 ADC0 子系統(tǒng)（ ADC0、跟蹤保持器和 PGA0）才被允許工作。 ADC0 內(nèi)部提供一個由 、 15ppm/176。 ADC 中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。 S1S W P BR51KR410 0KC 1 3 uFC 2 1 uF/ R S T+ 3 V D 2 圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 C8051F020 的 ADC0 子系統(tǒng) 圖 C8051F020的 ADC0子系統(tǒng) C8051F020/1 的 ADC0 子系統(tǒng)包括一個 9 通道的可編程模擬多路選擇器（ AMUX0）， 一個 可編 程增益放大器 （ PGA0） 和一個 100ksps、 12 位分辨率的逐次逼近寄存器型 ADC， 其轉(zhuǎn)換時鐘來源于系統(tǒng)時鐘分頻，分頻值保存在寄存器ADC0CF 的 ADCSC 位。從外部復(fù)位狀態(tài)退出后， PINRSF 標(biāo)志（ ）被置位。最好能提供一個外部上 拉和（或）對 /RST 引腳去耦以防止強(qiáng)噪聲引起復(fù)位。 S C L K7R S T5X12X23G N D4V c c 1 8V c c 2 1I / O 6U 1 2D S 1 3 0 2C 4 1C 4 2Y13 2 .7 6 8 K H ZB T 1V5P 3 .5P 3 .4P 3 .6 圖 復(fù)位電路 外部 /RST 引腳提供了使用外部電路強(qiáng)制 MCU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)的手段。 SCLK：串行時鐘輸入 VCC1，VCC2：后備電源和主電源。 RST：復(fù)位，用于對芯片操作。 DS1302 主要引 腳有： X1， X2 連接 晶振。 DS1302 與單片機(jī)的通信僅需三根線即 SCLK（串行時鐘線）、 I/O