【正文】 24V 到 12V 的轉(zhuǎn)化 光電檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì) 太陽方位檢測(cè)模塊 本系統(tǒng)采用美國 Pacific Silicon Sensor 公司的 QP506 型四象限光電二極管探測(cè)器進(jìn)行太陽方位檢測(cè)，其實(shí)物如圖 所示。如圖 所示，探測(cè)器共有 6 個(gè) 管腳，其中 6 號(hào)管腳各連接一個(gè)光電二極管的陽極， 2 號(hào)管腳懸空， 5 號(hào)管腳為 4 個(gè) 光電二極管的公共陰極。其中， LF444CN 是四運(yùn)放集成電路，具有低功耗、高輸入阻抗、高共模抑制比的特點(diǎn)，適用于對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大的場合 。探測(cè)器中 4個(gè)光電二極管在光照下產(chǎn)生的光電流 IA、 IB、 IC、 ID，分別經(jīng)前級(jí)運(yùn)放 A A A A4進(jìn)行 I/V 變換，轉(zhuǎn)換為與太陽光照面積和光照強(qiáng)度 成正比的電壓信號(hào)，這些電壓信號(hào)又分別通過后級(jí)運(yùn)放 A A A A8 進(jìn)行同向電壓放大，得到正的電壓信號(hào) UA、 UB、 UC、 UD。輸出電壓信號(hào) UA、 UB、 UC、 UD 將分別通過 LF444CN 的 4 個(gè)輸出端 接 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端。 圖 3,6 四象限加減法的計(jì)算公式如式 (15)和 (16)所示，式中代表太陽入射光斑在探測(cè)器四個(gè)象限上分布面積的 AS 、 BS 、 CS 、 DS 分別與太陽方位檢測(cè)電路的輸出電壓 AU 、BU 、 CU 、 DU 的幅值成正比，故式 (15)和 (16)可分別等價(jià)為式 (17)和 (18)。 A D B CXA B C DU U U UE U U U U? ? ? ?? ? ? ? (17) A B C DY A B C DU U U UE U U U U? ? ? ?? ? ? ? (18) 單片機(jī) 根據(jù) XE? 和 YE? 的 數(shù)值 和符號(hào)，分別控制 二維機(jī)械結(jié)構(gòu) 帶動(dòng)太陽能電池板在水平方向（即太陽方位角方向）和垂直方向（即太陽高度角方向）旋轉(zhuǎn)，以閉環(huán)反饋控制的形式減小太陽運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的積累誤差，使 光線 盡可能 的垂直 照射到太陽能電池板上。 SP0606 適用于工作在 300nm 到 1000nm 光譜范圍內(nèi)的各種光學(xué)儀器，對(duì)紫藍(lán)光有較高的靈敏度，可用于偽鈔鑒別、紫藍(lán)光探測(cè)電器、電子儀器、光學(xué)儀表、自控設(shè)備、光纖通訊等方面。 圖 在光強(qiáng)檢測(cè)電路中，硅光電池的正端與前級(jí)運(yùn)放的正向輸入端相連后接地，負(fù)端與前級(jí)運(yùn)放的反向輸入端相連，硅光電池處于零偏狀態(tài)。后級(jí)運(yùn)放主要進(jìn)行電壓的同向放大，輸出電壓 UG 與光電流 IG 存在如下關(guān)系： 1412131GGRU R IR???????? (19) 由式（ 19）可知， GU 與 GI 呈正比例關(guān)系，且 GI 與光照強(qiáng)度成正比，故光強(qiáng)檢測(cè)電路的輸出信號(hào) GU 也與光照強(qiáng)度成正比。 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)的選擇 控制 方面選擇的是 PIC16F877A 單片機(jī)作為中心控制器。而且，這款單片機(jī)的指令周期是屬于單周期 指令，這更加有利于提高控制器的控制性能。其應(yīng)用電路如圖 所示。提供秒 、分 、 時(shí) 、 日日期。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡單的采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需要用到三個(gè)口線： 1， RES 復(fù)位； 2， I/O 數(shù)據(jù)線； 3， SCLK串行時(shí)鐘。DS1302 工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。 雙電源管腳用于主電源和備 份電源供應(yīng) Vcc1， 為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器 。 DS1302 的應(yīng)用電路圖如圖 。 THB6064AH 是一款整合邏輯模塊和功率模塊于一身的高性能兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。因其驅(qū)動(dòng)噪音 低、震 動(dòng)小，性能可靠、性價(jià)比高的特點(diǎn) ， 適用于各行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備。控制信號(hào)端加入光耦隔離，提高抗干擾能力。 8種細(xì)分和 4 種衰減模式通過拔碼開關(guān)選擇。衰減模式和斬波頻率的設(shè)定，以步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、震動(dòng)小為佳。正常工作時(shí) ALERT 是高阻狀態(tài)），方便用戶實(shí)時(shí)了解驅(qū)動(dòng)器的是否異常。輸出端 RV1～ RV4的接入，一定程度上限制了步進(jìn)電機(jī)工作中產(chǎn)生的尖峰電壓，保護(hù)驅(qū)動(dòng)芯片不被尖峰電壓損壞（ RV 阻值設(shè)定： RV=VM/5MA）。 圖 蓄電池充電模塊 基于 DC/DC 變換的蓄電池充電原理圖如圖 所示： 圖 主控芯片選用的是 PIC16F877A 單片機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)控和管理整個(gè)充電過程。光伏電池輸出的直流電壓通過功率回路中 DC/DC 變換器按單片機(jī)控制給定的要求輸出相應(yīng)的直流電壓、電流，完成能量的變換傳遞。因?yàn)楣怆姵氐妮敵鲭妷捍笥谛铍姵氐碾妷核圆捎媒祲?(BUCK)電路， 且電流較小，可以相應(yīng)的降低開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的電流，減少開關(guān)管的導(dǎo)通損耗和因此產(chǎn)生的熱量。 圖 以一定占空比 PWM 信號(hào)控制開關(guān)管 T(MOSFET)的通斷。當(dāng) T 斷開時(shí)，電感 L 特性決定其要保持電流不能跳變，從而導(dǎo)致電流流過二極管 D，電感 L，電容 C，負(fù)載尺，這是一個(gè) BUCK 變換器的工作周期。反之輸出電壓增加。 BUCK 變換器的缺點(diǎn)是電源的電流輸出的斷續(xù)的，為了 克服這個(gè)不足，光伏電池兩端并上電容 G，穩(wěn)定光伏電池的工作點(diǎn)。 各主要元件參數(shù)的計(jì)算 : （ 1） 輸出濾波電感：電感的選擇應(yīng)保證輸出到額定電流的 1/10 時(shí)，電感電流仍然保持連續(xù)。 5( )IN O OIN ON SWV V VL V I F?? (21) (2) 輸出濾波電容：大的電容可以抑制輸出的波紋，但選擇過大會(huì)影響到系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路 BUCK 變換電路 要正常工作，對(duì)其中的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)的好壞，直接關(guān)系到整個(gè) BUCK變換器的性能。 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路如圖 。 PWM為高電平時(shí)， 53 52 53 1[ / ( ) ]ASV R R R V??，由于之前柵極電壓 1SV ， 則 2Q 的發(fā)射結(jié)正偏，集電 結(jié) 也 正 偏 ， 所 以 2Q 導(dǎo)通， MOSFET 柵 極 通 過 2Q 迅 速 放 電 直 到53 52 53 1 1[ / ( ) ]B A S GV V R R R V V? ? ? ?， 此時(shí)只需設(shè)計(jì) 53 52 53 1[ / ( ) ] 12SR R R V??就可以使得MOSFET 迅速關(guān)斷。 電壓采樣電路 電壓采樣電路通過 電阻分壓 間接測(cè)量串聯(lián)電阻上的電壓得到，然后將放大器的輸出接在 PIC 單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換接口 進(jìn)行信息傳輸 。 圖 電流采樣電路 對(duì)電流檢測(cè)采用電流傳感器 ACS712 來測(cè)量，該器件內(nèi)置有精確的低偏置的線性霍爾傳感器電路，能輸出與檢測(cè)的交流或直流電流成比例的電壓。 其電流檢測(cè)電路如圖 所示。故需對(duì)蓄電池的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。溫度測(cè)量范圍為 55℃ ~125℃。 檢測(cè)電路如圖 。設(shè)計(jì)電路圖如圖 所示。 降壓（ BUCK）電路的仿真 圖 仿真電路 如圖 ，改變 PWM 方波的占空比使輸出的電壓發(fā)生變化。在后續(xù)的設(shè)計(jì)中不斷修正設(shè)計(jì)方案使其更合理和完善。 （ 2） 太陽自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和硬件電路圖的繪制。 太陽自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)基本完成但是由于時(shí)間問題沒有及時(shí)的完成軟件部分的的編程，不能進(jìn)行實(shí)際操作的調(diào)試，所以本設(shè)計(jì)主要停留在理論層面的設(shè)計(jì)。 致謝 非常感謝 王標(biāo) 老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段 —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到 寫作、修改，到論文定稿， 王老師 給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助， 是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。在此，也對(duì)他 們表示衷心感謝。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組 織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 致 謝 時(shí)間飛逝， 大學(xué) 的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這 四年 的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進(jìn)步。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計(jì)。郭謙功老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。再次對(duì)周巍老師表示衷心的感謝。 另外，我還要感謝大學(xué)四年和我一起走過的同學(xué)朋友對(duì)我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實(shí)，給我留下了很多難忘的回憶。 致 謝 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無盡的難舍與眷戀。 回首四年，取得了些許 成績，生活中有快樂也有艱辛。 學(xué)友情深，情同兄妹。 在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對(duì)我的撫養(yǎng)與培育。是他們?cè)谖耶厴I(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì)， 給了我很多解決問題的思路， 在此表示衷心的感激。他無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝 他 耐心的輔導(dǎo)。 附件 1： 附件 2：