【正文】 成。 本設(shè)計跟蹤控制裝置屬于典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，需要控制的對象是兩片感光電路板。單片機還有溫度范圍寬，抗干擾能力強的特點，故在強電場，強磁場的工業(yè)環(huán)境中有良好的工作性能，在溫度變化范圍大的惡劣條件下仍能正常工作；在鋼鐵工業(yè)的冶煉，軋鋼過程中普遍應用單片機進行過程控制。 單 片機在 DDC 控制中有著顯著 的特點 。各種層次往往采用不同結(jié)構(gòu)的計算機。 單片機在過程控制中，通常是對一個過程的直接數(shù)字控制，也即是 DDC 控制，很少涉及管理，其原因在于單片機的內(nèi)存容量，速度，字長都不適應于管理目的。電源抑制比 100dB。輸入共模電壓最大值 VCC~ V。輸入失調(diào)電流 50nA。輸出電壓擺幅大（ 0 至 ) 。共模輸入電壓范圍寬，包括接地。 低輸入偏流。 15V) 。電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)；雙電源 (177。直流電壓增益高 (約 100dB) 。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 運放 LM358 簡介 通過光敏電阻采集到的信號需要通過運算放大電路轉(zhuǎn)化成適合單片機處理的信號，因此用到集成運算放大器。本次設(shè)計主要是應用惠斯通電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)化成電壓變化。直流電橋又分為單臂電橋和雙臂電橋，單臂電橋又稱為惠斯通電橋，主要用于精確測量中 值電阻。同時，在現(xiàn)代自動控制及儀器儀表中，常利用電橋的這些特點進行設(shè)計、調(diào)試和控制。由于電橋法線路原理簡明，儀器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測量的靈敏度和精確度較高等優(yōu)點，使它廣泛應用于電磁測量，也廣泛應用于非電量測量。 基于本次設(shè)計的要求，我選用 CDS 光敏電阻 GL3537，其暗阻 是 10K。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。 光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。下面詳細介紹一下這一過程所用的器件。 CS 上升沿終止這個過程并在規(guī)定的延遲時間內(nèi)使 DATA OUT 引腳返回到高阻狀態(tài)，經(jīng)過兩個系統(tǒng)時鐘周期后禁止 I/O CLOCK 和 ADDRESS 端。模擬輸入的采樣起始于第 4 個 I/O CLOCK下降沿，而采樣一直持續(xù) 6 個 I/O CLOCK 周期，并一直保持到第 10 個 I/O CLOCK 下降沿。 I/O CLOCK 從 CPU 接收 10 時鐘長度的時鐘序列。隨后， CPU 向 圖 TLC1543 管腳圖 ADDRESS 提供 4 位通道地 址，控制 14 個模擬通道選擇器從 11 個外部模擬輸入和 3 個內(nèi)部自測電壓中選通 1 路送到采樣保持電路。 CS 為高電平時， I/O CLOCK、沈陽理工大學學士學位論文 13 ADDRESS 被禁止，同時 DATA OUT 為高阻狀態(tài)。 TLC1543 管腳圖如圖 所示 ： TLC1543 工作時序： TLC1543 工作時序如圖 所示，其工作過程分為兩個周期：訪問周期和采樣周期。S 轉(zhuǎn)換時間），高精度（ 10 分辨率，最大177。片內(nèi)設(shè)有采樣 保持電路，在轉(zhuǎn)換結(jié)束時， EOC（ 19 腳）輸出端變高表明轉(zhuǎn)換完成。 I/O CLOCK 數(shù)據(jù)輸 入 /輸出提供同步時鐘，系統(tǒng)時鐘由片內(nèi)產(chǎn)生。 ADDRESS（ 17 腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，是一個 1 的串行地址用來選擇下一個即將被轉(zhuǎn)換的模擬輸入或測試電壓。 TLC1543 為 20 腳 DIP 裝的 CMOS 10 位開關(guān)電容逐次 A/D 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，引腳排列如圖 1 所示。 TLC1543 簡介 [5]TLC1543 美國 TI 司生產(chǎn)的多通道、低價格的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 結(jié)合本次設(shè)計的任務要求，以及上訴兩種方案的參照對比，我決定采用方案 2。 方案二： 串行輸出 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 TLC1543。 圖 ULN2021A 內(nèi)部邏輯圖 沈陽理工大學學士學位論文 12 A/D 轉(zhuǎn)換 方案 選擇 方案一：并行輸出 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 ADC0809。內(nèi)部邏輯如圖 所示。下面介紹一下 ULN2021A 的基本內(nèi)容。 達林頓管 ULN2021A,該芯片最多可一次驅(qū)動八塊步 進電機，當然如果只有四線或者六線的也是沒有問題的。 方案二：步進電機的驅(qū)動可以選用專用的電機驅(qū)動模塊，如 L298,FT5754 等，這類驅(qū)動模塊接口簡單，操作方便，他們既可以驅(qū)動步進電機，也可驅(qū)動直流電機。優(yōu)點是價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單。 其接線圖如圖 所示： 圖 步進電機接線圖 該步進電機勵磁方案選擇一二相勵磁方式，以實現(xiàn)平穩(wěn)跟蹤的目的。步進角： 15 度 。 工作電壓： 5V。 結(jié)合本次設(shè)計的任務要求屬于緩慢精確跟蹤，要求跟蹤過程平穩(wěn)，運行平滑，我決定采用方案 3。如果以該方式控制步進電機正轉(zhuǎn)。每送一個勵磁信號，步進電機旋轉(zhuǎn) 度。若勵磁信號反向傳遞，則步進電機反轉(zhuǎn)。 其特點是：輸出轉(zhuǎn)矩大，振動小，因而成為目前使用最多的勵磁方式。若勵磁信號反向傳送，則該步進電機反轉(zhuǎn)。 其特點是：精確度好 ，消耗電力少，但輸出轉(zhuǎn)矩小，振動較小。假設(shè)每旋轉(zhuǎn)一圈需要 200 個脈沖信號來勵磁，可以計算出每個勵磁信號能使步進電機前進 1,8 度。 步進電機勵磁方案選擇 步進電機的勵磁方式分為全步勵磁和半步勵磁兩種。電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。 失步：電機運行時的步數(shù)不等于理論上的步數(shù)，稱為失步。 步進電機的動態(tài)指標： 步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值和理論值的誤差，用百分比表示：誤差 /步距角 100%。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需要的脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或指電機轉(zhuǎn)過一個步距角所需脈沖數(shù)，以四相電機 為例，有四相四拍運行方式，即 ABBCCDDAAB。 轉(zhuǎn)角 脈沖 分配器 功率 分配器 輸出軸 功率 分配器 輸入脈沖 方向脈沖 沈陽理工大學學士學位論文 9 步距角：表示控制系統(tǒng)每發(fā)出一個步進脈沖控制信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。在使用細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角要求。目前常用的有二相，三相，四相，五相步進電機。 步進電機技術(shù)指標 步進電機 是一個典型開環(huán)控制系統(tǒng)，其原理可由 錯誤 !未找到引用源。它又分為兩相和五相，兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度。在歐美等發(fā)達國家 80 年代已被淘汰。 永磁式步進一般為兩相 ，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度，或 15 度。下面介紹一下步進電機的基本內(nèi)容。因此，步進電機多應用在需要精確定位的場合。它具有快速啟，停能力在電機的負荷不超過它提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩時，可以通過輸入脈沖來控制它在一瞬間的起動和停止。步進電機的特點是可以精確控制電機選擇步數(shù)和角度，缺點就是力矩比較小，容易失步，而且價格比較昂貴。直流電機的優(yōu)點是價格便宜，控制容易，但難以精確控制是其一大弱點。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 GND：接地。 STC89C52 單片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 STC89C52 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。具沈陽理工大學學士學位論文 5 體采用 STC89C52 控制芯片，下面 介紹一下 STC89C52。表現(xiàn)在：主要控制參數(shù)通過設(shè)置寄存器變量來實現(xiàn)，修改方便；成本低廉，性能與相對簡單的太陽能跟蹤裝置系統(tǒng)匹配；數(shù)字化的控制系統(tǒng)，可以達到較高的精度，并有可能通過串行通信實現(xiàn)遠程監(jiān)控和模塊化處理；可處理多個中斷，系統(tǒng)運行后可能出現(xiàn)以前沒有考慮到的特殊情況，相應的擴充政策十分簡單。 方案三：采用 單片機來實現(xiàn)。它是作為專用集成電路（ ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。如果采用此方案，可以很好的解決數(shù)據(jù)處理和控制功能，但是 ARM 價格昂貴且本科階段很少接觸，在短時間內(nèi)完成困難比較大。該系統(tǒng)具有低成本的優(yōu)點，且具有較好的抗干擾能力，提高了對太陽光能的利用率。沈陽理工大學學士學位論文 4 2 太陽能跟蹤控制器 設(shè)計方案 功能描述 本設(shè)計以 AT89S52 單片機作為核心控制元件，跟蹤器由兩個光敏電阻組成的電路板搭成 45 度結(jié)構(gòu)，并由步進電機控制底座轉(zhuǎn)動 。 第三步： 根據(jù)所提出的控制策略設(shè)計控制系統(tǒng)，選擇合適的控制執(zhí)行部件及電機。 太陽能跟蹤控制器的研究內(nèi)容與過程 第一步：分析太陽跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)特點和運動分析及可能的工作狀態(tài)，提出合理的控制策略。 圖 極軸式跟蹤 太陽能跟蹤控制器概念及原理 本設(shè)計以 AT89S52 單片機作為核心控制元件，通過將兩個光電傳感器采集到的信號經(jīng)過比較電路和 A/D，將比較結(jié)果輸出至單片機，由單片機分析處理數(shù)據(jù)并輸出至沈陽理工大學學士學位論文 3 ALN2021A 從而控制五線四相步進電機來實現(xiàn)對太陽位置的跟蹤。通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整 。 極軸式全跟蹤原理如圖 所示，聚光鏡的一軸指向天球北極，即與地球 自轉(zhuǎn)軸相平行，故稱為極軸；另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。 (2)雙軸跟蹤 如果能能夠在太陽高度和赤緯角的變化上都能夠跟蹤太陽就可以獲得最大的太陽能，全跟蹤即雙軸跟蹤就是根據(jù)這樣的要求設(shè)計的。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時刻太陽光與光采集面垂直，此時熱量最大；而在早上或下午太陽光線都是斜射。 (1)單軸跟蹤 沈陽理工大學學士學位論文 2 單軸跟蹤一般采用： 1 傾斜布置東西跟蹤； 2 焦線南北水平布置，東西跟蹤； 3 焦線東西水平態(tài)置，南北跟蹤。此類跟蹤控制的優(yōu)點是控制簡單，不受天氣影響，可靠性強。 2. 視日運動軌跡跟蹤 根據(jù)跟蹤系數(shù)的軸數(shù)，視日運動軌跡系統(tǒng)可分為單軸和雙軸兩種。光電跟蹤靈敏度高，但結(jié)構(gòu)設(shè)計較為方便。在這些裝置中，光電管的安裝靠近遮光板，調(diào)整遮光板的位置使遮光板對準太陽，硅電池處于陰影區(qū)，當太陽西移時遮光板的陰影偏移，光電管受到陽關(guān)直射輸出一定值的微電流。 太陽能跟蹤控制器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前國內(nèi)外跟蹤太陽能的方法有很多，但不外乎采用這兩種方式：光電跟蹤和根據(jù)日運動軌跡跟蹤：前者是閉環(huán)的隨機系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。這些方法存在的缺點是：轉(zhuǎn)換效率較低、跟蹤適應能力弱、跟蹤精度低。利用太陽能的關(guān)鍵是提高太陽能電池板采集太陽能的效率，太陽能電池板接受太陽光的直射，由此得到太陽最大光照強度，從而最大限度的采集太陽能。 stepper motor 沈陽理工大學學士學位論文 III 目 錄 1 緒論 ...................................................................................................................................... 1