【正文】 組中的通電狀態(tài)每經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán) ,步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角 θ， θ的大小與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，即： θ=360176。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC=0000H，所以程序從 0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。晶振為 6MHZ,R2為 200Ω。 上電與按鍵均有的復(fù)位電路如圖 （ b）所示。 RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如圖 （ a）所示。如下圖 。 當(dāng)在 89C51單片機(jī)的 RST引腳引入高電平并保持 2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 平將使單片機(jī)復(fù)位。這也是最常用的晶振電路。圖中電容 C1和 C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 5～ 30pF，典型值為 30pF。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖所示。采用外部振蕩信號(hào)源源時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。 (2)XTAL2:接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。 I/O口和其他功能單元 ： 4個(gè)并行 I/O； 2個(gè) 16為定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 1個(gè)全雙工異步串行口；中斷系統(tǒng)（ 5個(gè)中斷源、 2個(gè)優(yōu)先級(jí)）。 單片機(jī)主要組成 CPU系統(tǒng)： 8位 CPU,含布爾處理器；時(shí)鐘電路；總線(xiàn)控制邏輯。片常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 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(lái)編程。在片內(nèi)程序存儲(chǔ)其的配置上，該系列的單片機(jī)有三種形式：掩膜ROM、 EPROM、 ROM Less（無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器）。 單片機(jī)主要特點(diǎn) 是由 ATMEL公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)。 文中所述系統(tǒng)為地平坐標(biāo)系的雙軸自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)，因此 采用雙坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)控制，雙坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)控制就是在 X軸方向控制 1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，在 Y軸方向控制 1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。 電 池 板鍵 盤(pán)X 軸 電 機(jī)驅(qū) 動(dòng)Y 軸 電 機(jī)驅(qū) 動(dòng)傳 感 器顯 示單 片 機(jī) 圖 硬件方框圖 主控系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用 TI公司的 AT89C51單片機(jī) 分別作為發(fā)送部分和接受部分的控制核心，完成信號(hào)發(fā)送和接收、電流檢測(cè)、控制電機(jī)、鍵盤(pán)輸入及液晶顯示等功能。系統(tǒng)的硬件主要有控制器單片機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，鍵盤(pán)等模塊組 成的。 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(jì)論文 9 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件方框圖 本系統(tǒng)是有控制核心的單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的光源的信號(hào)進(jìn)行分析和處理然后控制電機(jī)，使其跟隨點(diǎn)光源移動(dòng)。數(shù)碼管多時(shí)連線(xiàn)也會(huì)隨之復(fù)雜。由該模塊構(gòu)成的液 晶顯示與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 顯示器 的選擇 本系統(tǒng)顯示器主要顯示的是傳感器檢測(cè)到的信號(hào)，可選用以下方案： 方案一： FYD128640402B是一種具有 4位 /8位并行、 2線(xiàn)或 3線(xiàn)串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形 LCD液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192個(gè) 16*16點(diǎn)漢字，和 128個(gè) 16*8點(diǎn) ASCII字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。經(jīng)實(shí)踐測(cè)定，光敏二級(jí)管與光敏三極管滿(mǎn)足要求，但在反映速度，及變化的靈敏、快速性方面，光敏三極管更勝一籌，因此傳感器選擇方案四。 在測(cè)試光敏電阻與硅光電池時(shí)，發(fā)現(xiàn)光源的距離限制了兩者的應(yīng)用范圍。 用四個(gè)光敏三極管組成四象限感光面，上下左右各一個(gè)光敏三極管。 方案四：光敏三極管。 方案三：光敏二極管。 方案二：硅光電池。 本次設(shè)計(jì)選擇的是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)有三種方案可選擇： 方案一：光敏電阻。根據(jù)上述將 Vx， Vy進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送入單片機(jī)。當(dāng)光軸未對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)即太陽(yáng)光與光軸成一角度 θ時(shí)，光線(xiàn)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)照射到四象限光電池上形成的光斑必然發(fā)生偏移即 (x≠ 0， y≠ 0)。 傳感器的選擇 當(dāng)光軸對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)，光斑的中心在光軸上。因此，步進(jìn)電機(jī)在以較低的啟動(dòng)頻率啟動(dòng)后，應(yīng)采用升速控制策略達(dá)到運(yùn)行頻率。 5） 最高運(yùn)行頻率 運(yùn)行頻率是指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下逐升速，達(dá)到不失步的連續(xù)工作頻率。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子和負(fù)載的慣性有關(guān)。若控制脈沖頻率大于啟動(dòng)頻率，則電機(jī)會(huì)出現(xiàn)失步，不能正常工作。 4） 啟動(dòng)頻率和慣頻特性 步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)而不失步的頻率，稱(chēng)為啟動(dòng)頻率。 表 21 步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 運(yùn)行方式 相數(shù) 3 4 5 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 Tq/Tjmax 3） 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和距頻特性 在不同頻率下步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱(chēng)為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。不同相數(shù)的電機(jī)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不同。采用不同的運(yùn)行方式和增加步進(jìn)電機(jī)相數(shù)可以提高最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，稱(chēng) π θπ的區(qū)域?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，自鎖力越大，靜態(tài)誤差越小。 m； θ──失調(diào)角， θ=2π /m（ m為一個(gè)通電順序內(nèi)的拍數(shù)）。當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上外加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩后，轉(zhuǎn)子則要產(chǎn)生一個(gè)抗衡負(fù)載的電磁力矩，此時(shí)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，該角度稱(chēng)之為失調(diào)角。后清零。在實(shí)際使用中，常以累計(jì)誤差表示步距角精度。步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)步進(jìn)誤差一般在 10′之內(nèi)。 z步距角為 : θ=360176。 步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo) 1) 步距角精度（ Δα） 在討論步距角精度之前 ,先介紹步距角的概念。 由于本次跟蹤設(shè)計(jì)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的精度有較高的要求，直流減速電機(jī)在此方面有明顯的不足速度不容易控制， 而步進(jìn)電機(jī)的控制和實(shí)現(xiàn)是相對(duì)簡(jiǎn)單一些。 方案二：直流減速電機(jī)。 （ 4）是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 （ 3）是輸出轉(zhuǎn)角的精度高，無(wú)積累誤差。步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，步進(jìn)電機(jī)使用時(shí)對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求。 步進(jìn)電機(jī)也叫脈沖電機(jī)，其有許多有點(diǎn)， 因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、輕常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 工、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、儀器儀表、軍工產(chǎn)品等領(lǐng)域。這一線(xiàn)性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。有以下方案可供選擇： 方案一：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。功能雖多， 但是很多都用不到，其電壓范圍?。唤Y(jié)構(gòu)太過(guò)復(fù)雜，不太適合 通過(guò)比較本系統(tǒng)選取 AT89C51 系列較合適，即選取方案一。有豐富的功能模塊其中包括多通道 1014 位 AD 轉(zhuǎn)換器、雙路 12 位 DA 轉(zhuǎn)換器、液晶驅(qū)動(dòng)器、電源電壓檢測(cè)、看門(mén)狗定時(shí)器，多個(gè) 16 位、 8 位定時(shí)器 (可進(jìn)行捕捉，比較， PWM 輸出 )、flash 存儲(chǔ)器，采用先下載程序到 flash，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行、MSP430 芯片上包括 JTAG 接口，仿真調(diào)試通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的 JTAG 接口轉(zhuǎn)換器就可以方便的實(shí)現(xiàn)如設(shè)置斷點(diǎn)等。 方案二： MSP430F149 系列單片機(jī)是 16 位低 功耗的單片機(jī)，具有良好的性能。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在閑置模式下， CPU 停止工作。 自身電壓 5V，有兩種工作方式 ：待機(jī)方式和掉電方式。 方案 選擇 主控芯片的選擇 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)為控制核心的設(shè)計(jì)，因此要選擇一個(gè) 主控芯片來(lái)處理數(shù)據(jù)和控制操作，主要考慮以下兩種方案： 方案一： AT89C51 單片機(jī) 是一種低功耗且?guī)?4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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。而在中間狀態(tài)時(shí)實(shí)行疏跟蹤。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到上限值時(shí)，實(shí)行密跟蹤。這樣太陽(yáng)任何時(shí)間出現(xiàn)在圓弧的任意位置上，只要在可檢測(cè)的那 2N1 個(gè)方位上，處理器檢測(cè)到跟蹤信號(hào)接著驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電池板可以迅速跟蹤太陽(yáng)。每 2個(gè)微型光電池之間就有一個(gè)中間位置，所以共有 N1 個(gè)這樣的位置，這樣 N 路常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 微型光電池共能判別 2N1 個(gè)太陽(yáng)方位。在結(jié)構(gòu)上，用 N 個(gè) 微型光電池均勻分布在一個(gè)半圓弧上，若太陽(yáng)正對(duì)某一個(gè)微型光電池時(shí)，則此時(shí)它的輸出最大，這樣系統(tǒng)就能判斷此 時(shí)太陽(yáng)的位置從而進(jìn)行跟蹤。在光信號(hào)斷續(xù)變化的場(chǎng)合，也可以把光電池作為電壓源使用。 光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)方案 光強(qiáng)檢測(cè)系 統(tǒng)是以傳感器為中心和其他各環(huán)節(jié)組成，為了得到正確、無(wú)誤的信息，這就要求傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)精度、靈敏度和分辨率高且其具有好的線(xiàn)性、穩(wěn)定性和重復(fù)性，工作可靠。如果光線(xiàn)變暗，則光敏器件阻值增大，達(dá)到翻轉(zhuǎn)閾值后單穩(wěn)輸出端出現(xiàn)高電平，單片機(jī)的 和 接收到這個(gè)高電平就知道太陽(yáng)能電池板光線(xiàn)不足。和 B,B39。因此電池組件要盡可能的跟隨太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)，這樣才能獲得充足的陽(yáng)光，高效的利用太陽(yáng)能。 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(jì)論文 3 光源跟蹤系統(tǒng)被用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電是必要的。其依據(jù)光照度的變化、大小來(lái)判斷光源的位置，并將光源運(yùn) 動(dòng)分解為水平和豎直方向的二維運(yùn)動(dòng)，借以來(lái)控制水平電機(jī)與豎直電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。主要設(shè)計(jì)思路框圖如圖 所示。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮實(shí)際情況，注意 系統(tǒng)的功耗問(wèn)題 ， 采用分層控制，具體的地理位置 ，實(shí)際的施工操作等。 （ 2） 抗干擾性： 為保證跟蹤的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力，設(shè)計(jì)應(yīng)從硬件和軟件兩反面著來(lái)抑制 系統(tǒng)的干擾。設(shè)計(jì)完成后利用軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編譯和調(diào)試，以保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。硬件部分設(shè)計(jì)是圍繞著太陽(yáng)能電池板、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、 按鍵、液晶顯示器、 AT89S51 型單片機(jī)這些主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求主要是對(duì)太陽(yáng)光角度的計(jì)算與光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此部分需參考資料來(lái)獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)方便電池板的安裝。光源跟蹤系統(tǒng)的目的就是在有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能電池板能一直垂直于太陽(yáng)跟隨太陽(yáng)同步運(yùn)動(dòng)，從而提高太陽(yáng)能電池板的發(fā)電量。本設(shè)計(jì)注重對(duì)單片機(jī)的使用、太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換原理的應(yīng)用與光敏傳感 器的工作原理和應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)的目的是為了提高設(shè)計(jì)者自身設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力，將理論與實(shí)際相結(jié)合，實(shí)踐所學(xué)的知識(shí)，豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。該系統(tǒng)既能 自動(dòng)根據(jù)太陽(yáng)光方向來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能電池板組件的方向使其正對(duì)光源，又能邊跟蹤邊自動(dòng)記憶和更正不同時(shí)間的坐標(biāo)位。 此次設(shè)計(jì)的光源跟蹤控制系統(tǒng)能夠使太陽(yáng)能利用裝置時(shí)刻保持與太陽(yáng)光線(xiàn)垂直，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yáng)灶、太陽(yáng)能熱水器等各種太陽(yáng)能裝置上，具有一定的實(shí)用價(jià)值。用四個(gè) 光敏三極管 3DU5 組成 光敏傳感器來(lái)檢測(cè)光源的位置，并將其檢測(cè)到的信號(hào)放 大傳給單片機(jī) AT89C51。本次設(shè)計(jì)是將固定的太陽(yáng)能光伏組件改變成雙軸跟蹤光源的太陽(yáng)能光伏組件，通過(guò)跟蹤光源使光伏組件保持較高的輸出功率。 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(jì)論文 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排： 時(shí)間（迄止日期） 工 作 內(nèi) 容 20xx0519~20xx0526 在老師指導(dǎo)下完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題 20xx0527~20xx0615 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，并填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 20xx0616~20xx0630 完成開(kāi)題報(bào)告 20xx071~20xx0725 完成第二章內(nèi)容 :系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 20xx0726~20xx0820 完成第三章內(nèi)容 :設(shè)計(jì)方案的比較 20xx0821~20xx0911 完成第四章內(nèi)容 :系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20xx0912~20xx0928 完成第五章內(nèi)容 :系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20xx0929~20xx1025 完成第六章內(nèi)容并交于老師修改 20xx1014~20xx118 修改初稿 20xx1116~20xx1120 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 六、系部意見(jiàn)： 系主任簽名： 年 月 日 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(jì)論文 光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 摘要 Abstract 第 1 章 前言 .........................................................................................................