【正文】 敏電阻檢測平面的木板，在面板上各固定長長的電源線來連接A/D轉(zhuǎn)換芯片，將此信號(hào)送由單片機(jī)進(jìn)行判斷，就能檢測到這個(gè)時(shí)候角度的光強(qiáng)。太陽光自動(dòng)跟蹤裝置設(shè)計(jì)成單軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)，即方向上進(jìn)行跟蹤。單片機(jī)就會(huì)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度，使步進(jìn)電機(jī)正向或者反向轉(zhuǎn)過幾個(gè)步距角，從而達(dá)到對(duì)正太陽、準(zhǔn)確跟蹤太陽的目的。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)方向的光敏電阻接收到的光比較大時(shí)，光敏電阻的阻值變小，此時(shí)輸出電壓變大。 圖20主程序流程圖前面介紹過光采集電路主要由光敏電阻組成，其放在采集板的中間，對(duì)不同方向的光度進(jìn)行檢測，檢測模塊安裝在控制面板上，主要用于檢測系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的環(huán)境條件。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的跟蹤，首先要判斷是不是外面的光照很強(qiáng)，如果光照很弱的話，就需要外界一點(diǎn)很強(qiáng)的光源做模擬太陽光，準(zhǔn)備好以后開機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)設(shè)定好的角度后停止，采集這點(diǎn)的光強(qiáng)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換以后顯示出此時(shí)的光強(qiáng)，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，一直轉(zhuǎn)到一圈為止，通過之前采集的數(shù)據(jù)做一個(gè)對(duì)比，選擇出光強(qiáng)最大的位置后控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)回原來光照最主程序初始化驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度采集光照通過A/D轉(zhuǎn)換數(shù)碼管顯示光強(qiáng)比較大小找光照最強(qiáng)位置反轉(zhuǎn)到光照最強(qiáng)位置檢測強(qiáng)的位置停止。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。圖19四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)原理圖開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。其電路連接如圖18所示。所以本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路也選擇步進(jìn)電機(jī)的控制電路。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，即不同的轉(zhuǎn)動(dòng)方式，常見的通電方式有：單(單相繞組通電)四拍(ABCDA),雙(雙相繞組通電)四拍(ABBCCDDAAB),八拍(AABBBCCCDDDAA)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個(gè)步距角）。步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相八拍電機(jī)，電壓為DC5V—DC12V。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角。 圖16 ULN2003引腳圖本系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)選擇28BYJ48，其實(shí)物圖如圖17所示。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。并且要求整個(gè)系統(tǒng)能夠全天候的自動(dòng)運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡單可靠。對(duì)于共陰極顯示器，要點(diǎn)亮的顯示段引腳需接高電平1，要顯示的數(shù)字是輸出電壓值，它有簡單、經(jīng)濟(jì)、易于與單片機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)。如圖16所示，LED數(shù)碼管在本次設(shè)計(jì)中用來顯示采集的電壓值大小，一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位09的十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。 數(shù)碼管連接電路[10]如圖15所示。用萬用表判斷共陰和共陽的方法：用紅表筆接任一引腳，黑表筆依次接其他各引腳，若均不發(fā)光，則將紅表筆接另一引腳，黑表筆依次按其他各引腳，仍不發(fā)光，則繼續(xù)，直至某一線發(fā)光，為共陽極，則發(fā)光時(shí)紅表筆所接的引腳為電源。 LED數(shù)碼管介紹LED數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種，共陽極的工作特點(diǎn)是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時(shí)，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。 A/D轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì)如圖14所示。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷。 （3）要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A,B,C端口上。 ADC0809應(yīng)用說明（1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器,可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。A、B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。 地址輸入和控制線：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。其管腳圖如圖13所示。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端，一般為500KHz。 （以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。 REF（+）：參考電壓正端。 VCC：+5V工作電壓。（2） ADC0809引腳結(jié)構(gòu) ADC0809各腳功能如下： D7D0：8位數(shù)字量輸出引腳。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。光敏電阻的輸出信號(hào)通過轉(zhuǎn)換后與AT89C52單片機(jī)的輸入端口連接，并對(duì)這這幾組模擬信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，從而可以通過數(shù)碼管上顯示的電壓值的大小來判定什么角度的光照強(qiáng)度最好。光敏電阻光強(qiáng)比較法的優(yōu)點(diǎn)在于控制精確，電路設(shè)計(jì)比較容易實(shí)現(xiàn)。電路中的負(fù)載電阻是用于補(bǔ)償光敏電阻的偏差。調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來尋找太陽光的位置。當(dāng)平板沒有對(duì)正太陽時(shí)，兩個(gè)光敏電阻的光照強(qiáng)度就會(huì)不一樣，則流過電阻的電流就會(huì)不相同，這樣ADC0中獲取的電壓值也不相同，從而達(dá)到對(duì)正太陽、準(zhǔn)確跟蹤太陽的目的。電路用了光敏電阻與負(fù)載電阻相接，在接到A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入口ADC0進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)平板對(duì)準(zhǔn)了太陽后，對(duì)稱的兩個(gè)光敏二極管的光照強(qiáng)度就會(huì)相同，上下兩個(gè)光敏電阻的入射光相同時(shí)取出電壓，也就是說，若光敏電阻R1R14的受光量不一樣，就會(huì)顯示出來的這個(gè)時(shí)候光強(qiáng)。 由于對(duì)光敏電阻的性能比較熟悉，而且它的成本也比較低，所以選擇光敏電阻作為光電器件。 用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻；其二是光生伏特效應(yīng):在光作用下，使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)。光敏傳感器是應(yīng)用半導(dǎo)體材料的內(nèi)光電效應(yīng)。圖11 74LS74分頻電路設(shè)計(jì)引腳14接5V的電源，引腳7接地。晶振Y1和單片機(jī)構(gòu)成的內(nèi)部振蕩信號(hào)頻率為12M。當(dāng)1/S=0且1/R=1時(shí)，不論輸入端1D為何種狀態(tài)，都會(huì)使1Q=1，1/Q=0，即觸發(fā)器置1；當(dāng)1/S=1且1/R=0時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)為0，1/S和1/R通常又稱為直接置1和置0端。 74LS74的管腳分布圖如圖9。外震蕩方式是將外部時(shí)鐘信號(hào)直接從XTAL1或者XTAL2引入，這時(shí)XTAL1 和XTAL2只需要一個(gè)，另一個(gè)懸空。在任一時(shí)刻，只需要一種振蕩電路就可以使單片機(jī)工作正常。由于單片機(jī)運(yùn)行需要時(shí)鐘支持，單片機(jī)可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路。圖7單片機(jī)復(fù)位電路模塊設(shè)計(jì)如圖8所示為電源部分[7]的電路：圖8電源引入控制模塊電路設(shè)計(jì) 用一個(gè)USB焊接在電路板上，有一個(gè)控制電源的開關(guān)，接入電源以后準(zhǔn)備進(jìn)行檢測的時(shí)候就打開開關(guān)輸入電源，如果不需要的時(shí)候就可以關(guān)掉電源，避免每次都要關(guān)總電源，這樣十分方便。實(shí)驗(yàn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，電阻如果取值太小，則會(huì)導(dǎo)致REST信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力變差而無法使系統(tǒng)可靠復(fù)位[6]。 本設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘頻率選用12MHz時(shí)，C取10μF，R9約為10KΩ。前者電路實(shí)現(xiàn)簡單，成本低，但復(fù)位可靠性相對(duì)較低，后者相對(duì)較高，但復(fù)位可靠性高，尤其是高可靠重復(fù)復(fù)位。圖6單片機(jī)電路模塊設(shè)計(jì) 復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作[5]。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。圖5 AT89C52封裝管腳分布圖 AT89C52單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，AT89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本[3]。選用的主要器件有：光敏電阻，時(shí)鐘芯片74LS74，AT89C52，LED數(shù)碼管，步進(jìn)電機(jī)與轉(zhuǎn)換芯片ADC0809等。系統(tǒng)組成及工作原理以單片機(jī)為控制核心，采用光強(qiáng)度檢測電路測量，以光敏電阻傳感器作為測量元件，構(gòu)成光電測量模塊。根據(jù)實(shí)際情況方案一的元器件基本都是自己比較熟悉的器件，運(yùn)用起來比較靈活，原理簡單容易理解方便寫程序代碼。圖4方案二系統(tǒng)框圖比較以上兩方案可知，系統(tǒng)的工作原理是一致的，都是通過傳感器采集太陽光并間接或直接將其轉(zhuǎn)化成單片機(jī)能夠識(shí)別的信號(hào)[2]，通過單片機(jī)的處理將其實(shí)時(shí)顯示出來，步進(jìn)電機(jī)控制電路根