【正文】 行通道；低功耗空閑和掉電模式；1掉電后中斷可喚醒；1看門狗定時(shí)器；1雙數(shù)據(jù)指針；1掉電標(biāo)識(shí)符 。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89C52單片機(jī)管腳示意圖管腳序號(hào)逆時(shí)針布置依次為P1（1~8）口；復(fù)位端口RST（9）；P3（10~17）口；XTAL2（18）振蕩器反相放大器的輸出端；XTAL1（19）振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端；GND（20）電源地；P2(21~28)口；PSEN（29）程序儲(chǔ)存允許，輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)；ALE/PROG（30）當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)，PROG為編程脈沖；EA/VPP（31）外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）；P0（32~39）口；VCC（40）電源+5V。12 LSB，即177。 AD轉(zhuǎn)換器的分辨率（滿度值為5V）位數(shù)級(jí)數(shù)1LSB（滿度值的百分?jǐn)?shù)）1LSB（5V滿度）8256%124096% mV1665536% mV201048576%2416777216% ADC0808簡介ADC0808為COMS器件，它擁有一個(gè)8位的逐次逼近型的ADC部分，并且可以提供一個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。則為ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，可以很直觀的看出ADC0808內(nèi)部包括一個(gè)多通路選擇開關(guān)，一個(gè)地址鎖存器和譯碼器，逐漸逼近寄存器和八位鎖存和三態(tài)門數(shù)字輸出。2）D7～D0—A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。 ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4）：VR(+)、VR()—正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。 ADC0808管腳圖（ADC0808與ADC0809一致）5）：ALE—地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。在使用時(shí)，該信號(hào)常和START信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。該信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。當(dāng)微處理器送出該信號(hào)時(shí)，ADC0808的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。熱釋電紅外傳感器放大電路與光電傳感器放大電路由后續(xù)章節(jié)分析。由上文所選擇的太陽能電池板的最大工作電壓為18V，蓄電池的額定電壓為12V，初步選擇以UC3906集成開關(guān)元件的充電電路。UC3906是美國TI公司專門針對(duì)鉛酸蓄電池充電設(shè)計(jì)的，它能提供電池的三種充電邏輯狀態(tài)（大電流充電、可控過充電和浮充電）控制，能夠使充電電路的電壓隨電池溫度電壓系數(shù)變化而變化，從而使蓄電池在很寬的溫度范圍內(nèi)都可以處于最佳工作狀態(tài)，可以分別對(duì)充電電流、充電電壓進(jìn)行控制，電路靜態(tài)功耗低，能提供實(shí)現(xiàn)密封其實(shí)蓄電池最佳充電所需的控制和檢測功能。 太陽能電池板—蓄電池充電電路充電電路輸入電壓VIN=18V；浮充電壓VF=；過充電壓VOC=15V；充電電流IMAX=500mA；過充電流IOCT=50mA；選擇分流電流ID=100uA。圖中的二極管是采用二極管的單向?qū)ǖ奶匦?，防止?dāng)蓄電池充滿之后電流回流，以破壞充電電路 。當(dāng)電池電壓達(dá)到過充電壓VOC的95％（）時(shí)，電池轉(zhuǎn)入過充電狀態(tài)，充電電壓維持在過充電電壓，充電電流開始下降。IOCT=IMAX/10RS= 單片機(jī)電源電路由上文可知，單片機(jī)及各個(gè)傳感器需要+5V的驅(qū)動(dòng)電壓，所以需要對(duì)蓄電池的電壓進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到適合單片機(jī)的使用要求。7805構(gòu)成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。還要考慮輸出與輸入電壓差帶來的功率損耗，所以一般輸入為915V之間。 7805的TO220封裝圖，即以7805構(gòu)成的穩(wěn)壓電源，圖中C1與C2為濾波電容，RL為負(fù)載電阻。采用LM324（行人檢測裝置詳細(xì)介紹）作為比較器，反向輸入端是利用電阻的分壓特性，比較器LM324輸出信號(hào)，單片機(jī)發(fā)出切斷蓄電池負(fù)載電路并轉(zhuǎn)入市電電路。 過放保護(hù)電路 LED陣列驅(qū)動(dòng)電路上文介紹到，LED的電壓與電流的關(guān)系曲線，當(dāng)電壓超過3V的時(shí)候，通過LED的電流極具增加，所以對(duì)于LED陣列的驅(qū)動(dòng)方式采用恒流驅(qū)動(dòng)的方式，本次采用MC7105作為驅(qū)動(dòng)元件，是專門為LED裝置而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)IC。本次采用三塊AMC7105驅(qū)動(dòng)三路LED，每一路的參數(shù)可以認(rèn)為是一致的。各個(gè)參數(shù)的計(jì)算如下：R=330mV/(Im+?Iw)每路的平均電流Im=700mA；紋波電流Iw不大于100Ma,則R=。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓為直流30V，這就需要對(duì)交流電進(jìn)行處理。由圖可以看的出，正弦波形的電壓經(jīng)過整流變壓器調(diào)幅，調(diào)整為需要的電壓幅值。 直流電源的原理方框圖對(duì)于整流電路，選用常見的單相橋式整流電路，以提高電源的使用效率并且降低整流電壓的脈動(dòng)。變壓器二次電壓的有效值為U=U1/=100V考慮到變壓器二次繞組及管子上的電壓降，變壓器的二次電壓大約要高出10%，=110V，所以變壓器的變比K則為220/110=2。整流電路雖然可以把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但是所得到的輸出電壓是單向的脈動(dòng)電壓。但是在絕大部分電子設(shè)備中，整流電路都需要添加濾波器，以改善輸出電壓的脈動(dòng)程度，本次選用電容濾波器，利用電容的充、放電，以改善輸出電壓U0的脈動(dòng)程度。由于交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化，引起了電壓的不穩(wěn)定，為了消除電壓不穩(wěn)定對(duì)系統(tǒng)的影響，所以需要采取穩(wěn)壓處理。由于工作電壓要求為30V，則UZ= U0=30V，所以初步選用的穩(wěn)壓二極管為IN4751A，其穩(wěn)定電壓UZ為30V，最大穩(wěn)定電流IZM為30mA，所以IOM=(10~20)mA，則負(fù)載電阻RL=(~3)KΩ=2 KΩ，則IOM=15mA。由此可以初步估算出負(fù)載電阻R= KΩ。 直流電源的電路圖五、太陽位置追蹤裝置的設(shè)計(jì)太陽能是一種低密度、間歇性且空間不斷變化的能源，這些特性就對(duì)如何更好的利用太陽能提出了更多的要求。普遍解決這一問題從一下兩個(gè)方面入手，一是提高太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)化率，二是提高太陽能的接收效率，前者屬于對(duì)能量轉(zhuǎn)換裝置材料及工藝的研究，這一問題還有待研究，但是后者可以利用現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。由圖可以看出，硅光電池的開路電壓在光照度小于2000lm/m2時(shí)，開路電壓增幅相當(dāng)大，并且之后的曲線的斜率仍然大于零，而短路電流與光照度成正比。所以硅光電池平面與太陽光的夾角可以影響硅光電池的接收效率。或是二者的結(jié)合。這種變化是周期性的并且可預(yù)測，所以利用周期性這一特性根據(jù)可預(yù)測預(yù)設(shè)程序，周期的調(diào)用，就可以達(dá)到跟蹤太陽的目的，下面簡要介紹幾種標(biāo)定太陽軌跡的方法：地球極軸與黃道天球極軸存在一個(gè)23176。的夾角，引起了太陽赤緯角在一年中的變化，冬至?xí)r這個(gè)角度為23176。然后逐漸增大，到春分的時(shí)候變?yōu)?176。2739。赤緯角可以由以下公式近似求的：δ=284+n247。在一天之中，赤緯角的變化很小，太陽的位置變化主要原來還是來自地球的自轉(zhuǎn)，一天之中隨時(shí)間變化而引起的太陽位置的變化可由太陽時(shí)角表示，太陽在正午為0，每小時(shí)變化15，上午為正，下午為負(fù)。式中，T代表當(dāng)?shù)貢r(shí)間。極軸坐標(biāo)是將太陽能能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的一軸指向天球北極，即與地球自轉(zhuǎn)軸相平行，故成為極軸；另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。這種跟蹤方式并不復(fù)雜，但在結(jié)構(gòu)上有一個(gè)反射鏡，它的質(zhì)心不能通過極軸軸線，極軸支承裝置的設(shè)計(jì)比較困難。工作時(shí)太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分根據(jù)太陽的視日運(yùn)動(dòng)繞方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)改變方位角，繞俯仰軸做俯仰運(yùn)動(dòng)改變太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的傾斜角，從而使能量轉(zhuǎn)換部分所在平面的主光軸始終與太陽光線平行。并且根據(jù)天文三角形之間的關(guān)系式可以得到太陽和觀測者位置之間的關(guān)系，以方便程序設(shè)定，換算公式如下：太陽高度角H：sinH=sinδ?sin?+cosδ?cos??cosω太陽方位角A：sinA=cosδ?cosω/cosH式中，為觀測點(diǎn)的地理緯度；為赤緯角上文可知；為太陽時(shí)角上文可知。 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤由上文講述，太陽的運(yùn)行軌跡周期的并且可以預(yù)測，通過計(jì)算就可以得到任何地點(diǎn)，任何時(shí)間的太陽位置，將其位置參數(shù)轉(zhuǎn)換為調(diào)整太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)換裝置所在平面的需要運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，就可以實(shí)時(shí)對(duì)日跟蹤。根據(jù)跟蹤裝置的軸數(shù)，視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤裝置可分為單軸和雙軸兩種。單軸跟蹤裝置一般采用三種方式：傾斜布置東西跟蹤、焦線南北水平布置，東西跟蹤與焦線東西水平布置，南北跟蹤。兩者主要是依據(jù)上文所講述的太陽位置標(biāo)定的兩種坐標(biāo)原理，上文以講述。當(dāng)偏差超過一個(gè)設(shè)定值時(shí)，太陽能能量轉(zhuǎn)換裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始調(diào)整其位置，直至使太陽光線與能量轉(zhuǎn)換裝置的主光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽高度角與方位角的跟蹤。在電路方面，其電路比較容易實(shí)現(xiàn)。太陽實(shí)際位置光敏傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)能量轉(zhuǎn)換裝置位置檢測 光電跟蹤方框圖下面介紹一種運(yùn)用光敏電阻比較式的光電追蹤系統(tǒng)，在使用光敏電阻的同時(shí)增加了一個(gè)一定長度的短筒以增加整個(gè)系統(tǒng)的精度，整個(gè)探測部分比較簡單，設(shè)置了一個(gè)長度一定的圓筒，圓筒外側(cè)布置了四個(gè)光敏電阻PPPP4。同樣，圓筒內(nèi)部設(shè)置了四個(gè)光敏電阻PPPP8，其中P5和P7為東西方向布置，用于精確檢測太陽由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度；而P6與P8為南北方向布置，精確檢測太陽的視高度。假設(shè)太陽的高度角不變，即假設(shè)圓筒始終在高度方向?qū)?zhǔn)太陽，當(dāng)太陽光線與探測部件所在平面垂直照射在探測部件上，內(nèi)外兩組光電阻接受的光照強(qiáng)度想通，比較電路輸出值即為零。然而當(dāng)太陽偏離了一個(gè)很大的角度之后，圓筒內(nèi)的兩對(duì)光電阻可能接收不到太陽光，而圓筒外的光電阻就可以分辨出太陽光線的偏差，產(chǎn)生偏差信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過放大送入控制單元，控制單元控制跟蹤裝置工作，在圓筒內(nèi)的光電阻接收到太陽光的時(shí)候，系統(tǒng)就可以對(duì)太陽光接收裝置的方位角進(jìn)一步微調(diào)，提高其精確度。為了提高整個(gè)探測部件的精度，首要的是選擇比較出合適的光敏電阻，當(dāng)光敏電阻的阻值比較小的時(shí)候，光電阻在太陽照射下，可能很快就會(huì)達(dá)到達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)采集的信號(hào)就失真，不能正確反應(yīng)太陽光線的變化情況，會(huì)影響到跟蹤效果，跟蹤精度因此降低。還有就是適當(dāng)?shù)脑龈邎A筒的高度，理論上是圓筒的長度越長，其準(zhǔn)確度也就越高。假設(shè)圓筒內(nèi)的一對(duì)光電阻在同時(shí)接受光照的條件下，長筒的光照偏離范圍為A，即當(dāng)太陽光線偏離角度在A范圍內(nèi)時(shí)，長筒內(nèi)部的一對(duì)光敏電阻不會(huì)出現(xiàn)光照偏差，即探測元件不會(huì)產(chǎn)生偏離信號(hào)；短筒所允許的光照偏離范圍為B，當(dāng)光線偏離在范圍B之內(nèi)時(shí)，短筒內(nèi)部的一對(duì)光敏電阻不會(huì)出現(xiàn)光照偏差，探測元件亦不會(huì)產(chǎn)生偏離信號(hào)；假設(shè)當(dāng)太陽光線偏差在范圍A到范圍B之間的時(shí)候，因?yàn)樘柟饩€偏離范圍超出了長筒所允許的范圍，所以筒內(nèi)的光電阻會(huì)感應(yīng)出光照度偏差，產(chǎn)生偏差信號(hào)，經(jīng)處理后調(diào)整太陽光接受裝置的位置。上述說過長筒又不能夠在光線偏離很大的角度工作，所以圓筒的長度選擇需要適當(dāng)。而光電跟蹤，對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)能力比較差，由于天氣原因，會(huì)出現(xiàn)不跟蹤或是跟蹤錯(cuò)誤的情況，尤其是在陰雨或光線不足的天氣情況下，可能會(huì)出現(xiàn)電機(jī)反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)而浪費(fèi)能源的情況。因?yàn)橄到y(tǒng)中采用了光電傳感器，就解決了視日軌跡跟蹤方法的誤差積累，能夠自我修正自我調(diào)節(jié)。 太陽位置檢測傳感器通常，在檢測太陽位置的時(shí)候，常常采用一組同樣規(guī)格的光電器件（光敏電阻、光電池、光電二極管等）按照一定的位置布置，輸出其信號(hào)通過運(yùn)算放大之后系統(tǒng)進(jìn)行比較處理，跟蹤。在一定程度上可以追蹤太陽，但是在實(shí)際運(yùn)用中，受限于光電器件彼此之間的差異，彼此對(duì)于太陽光的轉(zhuǎn)換效率不同，造成系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差，使得整個(gè)跟蹤系統(tǒng)往往達(dá)不到預(yù)期的精度。四象限光電探測器是一種靈敏度很高的光電探測器件，是將四個(gè)個(gè)性能高度一致的探測器按照直角坐標(biāo)要求排列而成的光電探測器件，而這些探測器一般為光電二極管，根據(jù)光電二極管的不同，又有四象限PIN光電二極管、四象限雪崩光電二極管等。當(dāng)太陽光垂直照射與光電傳感器時(shí)，光斑的中心與探測器光敏表面的中心重合，也就是說每個(gè)象限上的光斑面積大小相同則位置偏差EX=EY=0；當(dāng)太陽光光線方向與探測器的光軸有夾角的時(shí)候，太陽光光斑就會(huì)移位，光斑的中心與探測器光敏表面的中心不再重合，在同一軸向的光斑面積不在相等，根據(jù)各象限能量偏差就可以算出位置偏差EX與EY，計(jì)算出太陽的位置。=SB+SCSASDSA+SB+SC+SDEY39。當(dāng)EX39。0是、這時(shí)代表太陽在高度角方面向南偏移，反之向北。與EY39。 方位檢測傳感器的選擇本次采用Pacific Silicon Sensor的雪崩二極管封裝的四象限光電探測器QP50618UTO8進(jìn)行方位檢測。工作波長為633nm，光電流為10 uA， A/W，工作溫度為40+100C，暗電流的峰值為5nA，暗電流為2nA，方向電壓為50V，上升時(shí)間為40ns。 QP50618UTO8實(shí)物圖 QP50618UTO8外觀參數(shù)及管腳圖上述介紹的參數(shù)體現(xiàn)了QP50618UTO8的優(yōu)越性能，就是因?yàn)樗南笙揲g隙小、響應(yīng)快速、低暗電流、高分流電阻、高精度等特點(diǎn)，使其應(yīng)用于各類高端領(lǐng)域，它的探測領(lǐng)域也比較廣。（橫軸代表的是光的波長，單位為nm；豎軸代表的是光電探測器的響應(yīng)率） QP50618UTO8 光譜響應(yīng)曲線 太陽方位檢測電路太陽方位檢測電路是檢測太陽的方位角與高度角，主要QP50618UTO8四象限光電探測器與LM324集成運(yùn)算放大器組成，LM324的特性主要有下文介紹。在將電壓信號(hào)通過下一步的放大，輸出UA、UB、UC、UD。UA、UB、UC、UD有LM324的四個(gè)輸出管腳輸出并且連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，處理器讀取、處理A/D轉(zhuǎn)換器的電壓信號(hào)，計(jì)算出太陽的方位角與高度角偏差，發(fā)出對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，調(diào)整