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光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(參考版)

2025-07-08 19:24本頁面
  

【正文】 在系統(tǒng)設(shè)計的過程中學(xué)習(xí)到了很多的知識,了解了一個系列的單片機(jī) MSP430,并學(xué)習(xí)了一些相關(guān)。 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 27 第 6 章 結(jié)束語 本次設(shè)計方案是基于 AT89C51單片機(jī)的光源自動跟蹤裝置, 光敏三極管檢測到的信號經(jīng)過放大在送給單片機(jī)并處理并顯示在液晶屏幕上,同時將處理的結(jié)果以脈沖的形式輸出給步進(jìn)電機(jī),使激光筆跟蹤到點光源的位置。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高,步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 遇到這種情況時,首先檢查電機(jī)與驅(qū)動芯片 L298N 的連接是否正確;如沒有接錯再檢查輸入頻率是否太高;是否升降頻設(shè)計不合理;以上原因都不是,可能是驅(qū)動器燒毀。第二種方法是按所示圖逆時針輸出脈沖信號。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。太陽能板與太陽位置發(fā)生偏離的情況下,系統(tǒng)有能力自動的回復(fù)運行狀態(tài)??赡艿脑蚴浅霈F(xiàn)了一干擾光源或太陽能板與太陽位置發(fā)生偏離。 問題處理與分析 1)光源跟蹤控制系統(tǒng)異常處理 程序運行中會發(fā)生多種異常情況,有些可以通過檢查輸入數(shù)據(jù)判斷,而有一些情況系統(tǒng)可以自行校正。反轉(zhuǎn): CCW)??梢酝ㄟ^按鍵來對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速的控制。 調(diào)試與分析 本設(shè)計采用 51 單片機(jī) AT89C51(晶振頻率為 12MHZ)對兩相四線制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。 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 25 下圖 是電機(jī)反轉(zhuǎn)的仿真電路: 圖 電動機(jī)反轉(zhuǎn) 在仿真中按下正轉(zhuǎn)按鈕電路接通此時有脈沖給予電路高電平則步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片 L298N 的 IN1 為高電平, IN IN IN4 為低電平,同時 ENA 和 ENB端與接入的信號相同步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。 下圖 是電動機(jī)正轉(zhuǎn)的仿真電路: 圖 電動機(jī)正轉(zhuǎn) 在仿真中按下正轉(zhuǎn)按鈕電路接通此時有脈沖給予電路高電平則步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片 L298N 的 IN IN IN3 為 低電平, IN4 為高電平,同時 ENA 和 ENB端與接入的信號相同步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。電機(jī)運行控制與定時計數(shù)器的應(yīng)用關(guān)系密切 。其二是通過串行口接收上位機(jī)的控制命令。 該設(shè)計的軟件結(jié)構(gòu) 中 系統(tǒng)上電后先進(jìn)行必要的初始化操作 ,包括主處理器內(nèi)部時鐘系統(tǒng)的設(shè)置、定時 /計數(shù)器的初始化、串行口、 I/O 端口及中斷系統(tǒng)的設(shè)置等。通過對步進(jìn)電機(jī)的軟件設(shè)計和硬件設(shè)計包括步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用,根據(jù)原理和硬件的設(shè)計利用 C 語言編寫程序,經(jīng)過反復(fù)運行和調(diào)試,實現(xiàn)單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的控制。系統(tǒng)的硬件主要有控制器 AT89C51單片機(jī),電機(jī)驅(qū)動模塊,檢測模塊,顯示模塊,鍵盤等模塊組成的。當(dāng)兩個傳感器都檢測到閾值以上的光線時電動機(jī)就會停止運動,從而實現(xiàn)太陽能電池板對光線的跟隨功能。 X 軸和 Y 軸電動機(jī)反轉(zhuǎn) SETB ENB CLR MX1 SETB MX2 CLR MY1 SETB MY2 RET 程序?qū)崿F(xiàn)太陽跟隨系統(tǒng)實時跟蹤太陽,當(dāng)直射到太陽能電池板的光線變?nèi)鯐r,程序會自動改變電池板的方向、位置去得到最大的強(qiáng)度的太陽光。 X 軸電動機(jī)正轉(zhuǎn) Y 軸電動機(jī)反轉(zhuǎn) SETB ENB SETB MX1 CLR MX2 CLR MY1 SETB MY2 RET GB2: CJNE A,03H,GB3 SETB ENA 。 X 軸和 Y 軸電動機(jī)組合運動 啟 動參 數(shù) 設(shè) 置掃 描 四 向 A / DX 軸 兩 邊 采樣 是 否 相 等調(diào) 整 X 軸 方向 步 進(jìn) 電 機(jī)Y 軸 兩 邊 采樣 是 否 相 等調(diào) 整 Y 軸 方向 步 進(jìn) 電 機(jī)結(jié) 束NYNY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 23 MOV A,MOTT CJNE A,01H,GB1 SETB ENA 。 定義變量 MY1, Y 軸電動機(jī)控制端 1 MY2 EQU 。 定義變量 MX1, X 軸電動機(jī)控制端 1 MX2 EQU 。下圖 A/D轉(zhuǎn)換模塊: 圖 A/D轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換模塊子程序: ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP BINT1 MAIN: MOV R0,30H MOV R4,08H ; 8 路模擬信號 MOV R2,00H 開 始初 始 化等 待 , 中 斷A / D 轉(zhuǎn) 換返 回8 路 是 否 轉(zhuǎn) 換 完輸 入 數(shù) 據(jù)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 22 SETB EA SETB EX1 SETB IT1 MOV DPTR,7FFFFH MOV A,R2 MOVX DPTR,A HERE:SJMP HERE BIT1:MOVX A,DPTR ; 輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R0,A INC R0 INC R2 MOV A,R2 MOVX DPTR,A DJNZ R4,LOOP CLR EX1 ; 8 路輸入轉(zhuǎn)換結(jié)束 LOOP:RETI 3)系統(tǒng)掃描四路 A/D 輸入,采樣數(shù)據(jù) 后 進(jìn)行判斷 X 軸和 Y 軸電機(jī)運轉(zhuǎn)情況。 旋轉(zhuǎn)直到光線傳感器 1為亮 JB LDR2,SD2 。 定義變量 LDR2,光線傳感器 2輸入 SD1: JB LDR2,SD3 。圖 為按鍵 模塊: 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 20 開 始按 鍵正 轉(zhuǎn)P 1 . 0 = ? 0按 鍵 判 斷P 1 . 2 = ? 0 P 1 . 3 = ? 0P 1 . 1 = ? 0反 轉(zhuǎn)減 速加 速顯 示 轉(zhuǎn) 動 方 式 圖 按鍵 按鍵子程序: LDR1 EQU 。下圖 。 檢測信號送入單片機(jī) I/O口 ,通過 A/D轉(zhuǎn)換 ,轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖信號 .當(dāng)光照強(qiáng)度偏離基準(zhǔn)點時 ,程序通過對臨近光照強(qiáng)度的采集 ,與基準(zhǔn)光照強(qiáng)度比較 ,控制電機(jī)轉(zhuǎn)向 ,準(zhǔn)確跟蹤光源的具體位置 ,初始時刻設(shè)置基準(zhǔn)電壓信號 ,或者預(yù)先掃描整個光照區(qū)域確定光照強(qiáng)度最大的點所對應(yīng)的信號電壓為基準(zhǔn)電壓,當(dāng)光源移動時 ,光敏三極管接收到的光照強(qiáng)度減小 ,此時單片機(jī)控制電機(jī)向周圍空間尋找光源 ,當(dāng)找到光照強(qiáng)度最大的位置時電機(jī)停止移動 ,同時激光 筆被點亮。 在每次定時器 T1中斷時,系統(tǒng) 都檢查控制字。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。光電傳感器誤差信號超出死區(qū)也應(yīng)視為異常情況。當(dāng)光照強(qiáng)度變化時,電壓值變化,通過反相比例放大電路將電壓值 放大,放大后送入 8路12位 A/D轉(zhuǎn)換模塊中的 A0~A3, 分別對四路光敏三極管輸出電壓進(jìn)行采集。當(dāng)光敏三極管受到不同光照時阻值不同。 ADD A, ADDB, ADDC是地址輸入 ,用它們來選擇要轉(zhuǎn)換的通道。 VREF(+), VREF()是轉(zhuǎn)換參考電壓。 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 17 CLOCK是輪換器需要的時鐘信號。 2128是 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 , 21是最高位 ,28是最低位。 STAPT是 A/D轉(zhuǎn)換啟動輸入腳 ,有一個高脈沖輸入時開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其封裝及引腳如圖 。 ADC0809 轉(zhuǎn)換采集信號 ADC0809J是 8位的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換器 ,它有 8路輸入通道 ,能對 8路模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ,但在同一時刻只能轉(zhuǎn)換某一路。 :傳感器轉(zhuǎn)換后的電壓或電流信號都很弱,在進(jìn)入 A/D轉(zhuǎn)換前需要進(jìn)行信號放大,以滿足 A/D對輸入信號的要求。而機(jī)器芯片能夠接收和處理的信號是 TTL點評信號,上述三種信號形式不一定直接被識別接收,中間需要接口電路。 表 液晶顯示器的信息 基本特性 參數(shù) 低電源電壓 VDD:++ 顯示分辨率 128 64 點 漢字字庫 提供 8192 個 16 16 點陣漢字 (簡繁體可選 ) 點陣字符 內(nèi)置 128 個 16 8 點陣字符 時鐘頻率 2MHZ 顯示方式 STN、半透、正顯 驅(qū)動方式 1/32DUTY, 1/5BIAS 背光方式 側(cè)部高亮白色 LED,功耗僅為普通 LED 的 1/51/10 通訊方式 串行、并口可選 內(nèi)置電路 內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路,無需外加負(fù)壓 工作溫度 0℃ +55℃ ,存儲溫度 : 20℃ +60℃ 功能:通過單片機(jī)輸出的電機(jī)反饋信號使 LCD 顯示器顯示出步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。可以顯示 8 4行 16 16點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點。 所以我們選用的是 LED液晶顯示器 ,型號 : FYD128640402B。鍵盤就在這個過程中應(yīng)用。 按鍵設(shè)計 本系統(tǒng)中鍵盤的作用是調(diào)整。 說明: ( 1)改變 DELAY子程序中的時間參數(shù)就可以改變步進(jìn)電機(jī)的運行轉(zhuǎn)動速度。 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 14 圖 脈沖信號 由上圖我們可以得到每轉(zhuǎn)動一個角度所需要的脈沖信號,如需連續(xù)轉(zhuǎn)動,單片機(jī)只需依次向 L298N輸出上述信號即可。 注意: ENA和 ENB必須接與輸入到驅(qū)動芯片中完全相同的脈沖信號,否則就無法轉(zhuǎn)動。詳細(xì)硬件連接示意圖如下圖 : 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 采用 L298驅(qū)動芯片 組成驅(qū)動電路,可以通過控制中心輸出的高低電平對電動機(jī)的方向進(jìn)行控制,并且可以通過 PWM波直接控制電動機(jī)的速度。 本系統(tǒng)由 AT89C51單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號,通過 P2口( , , , , )輸出,送到驅(qū)動芯片 L298N對相脈沖信號進(jìn)行處理,驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。我們選的是兩相混合式步 進(jìn)電機(jī),型號是 56BYG250B0241,步距角 ,相電流 ,保持轉(zhuǎn)矩 *m,轉(zhuǎn)動慣量 180g*cm178。橋式整流電路雖然用了四肢二極管,但卻克服了全波整流電路要求變壓器次級有中心抽頭和二極管承受反壓大的缺點。 該電路采用恒壓橋式驅(qū)動芯片 L298N。兩個脈沖的間隔越短,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。 (2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn),如果按反序通電換相,則電機(jī) 就反轉(zhuǎn)。 )輸入脈沖數(shù) (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。脈沖數(shù) (PULSE)與移動量間的關(guān)系式如下: 位置移動量 (176。 ( 4)上述公式拆解后之單位表示為→ RPM=PPS 60 1/分割數(shù) 步進(jìn)電機(jī)的控制 步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器 (SENSOR),就可依照輸入的脈沖數(shù)決定移動量,并將負(fù)載順利、正確的送達(dá)指定位置點上。 ( 2)由于 RPM與 PPS的單位不同,所以于轉(zhuǎn)換的過程中要先將 PPS的秒鐘乘以 60變?yōu)榉昼?。電機(jī)的運轉(zhuǎn)速度 (RPM)與脈沖速度 (PPS, 又稱 Hz)間的關(guān)系式如下: 電機(jī)的運轉(zhuǎn)速度 (RPM)=脈沖速度 (PPS或 Hz) 60247。 所以步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成簡單,不需要速度感應(yīng)器、位置傳感器,即能依照脈沖產(chǎn)生器所輸入的脈沖來做到速度及位置的控制。 ( 2)步進(jìn)驅(qū)動器:依控制器所投入的脈沖信號指令,提供電流來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)動作。 步進(jìn)電機(jī)在單單僅給予電壓時,電機(jī)是不會動作的,必須由脈沖產(chǎn)生器提供位置 (脈波數(shù) )、速度的脈沖信號指令,以及驅(qū)動器驅(qū)動電流流過電機(jī)內(nèi)部線圈、依順序切換激磁相序的方式才能夠讓電機(jī)運轉(zhuǎn)。為一個半步。為一整步 ,而在八拍驅(qū)動模式下 N 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 12 =8,θs =176。 對于兩相混合式步進(jìn)電機(jī)當(dāng) Zr =50時 ,在兩相混合式步進(jìn)電機(jī)四拍驅(qū)動模式下 N =4,θs =176。N 步進(jìn)電動機(jī)每次換相轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 兩相混合式步進(jìn)電機(jī) A、 B兩個繞
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