【正文】 鐘電路 由于光電跟蹤控制系統(tǒng)存在一定的缺陷，例如早上陰天的話不能夠跟蹤到太陽光，會(huì)造成 跟蹤系統(tǒng)在跟蹤式觸碰行程開關(guān)，造成強(qiáng)制歸位，引起誤操作。在一定時(shí)間內(nèi)太陽 只會(huì) 出現(xiàn) 在某一角度范圍內(nèi)，故跟蹤控制系統(tǒng)只要在這一范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤即可。 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，具有 31179。用于時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)的讀 /寫具有單字節(jié)或多字節(jié) (也稱脈沖 方式 )數(shù)據(jù)傳送方式。 DS1302 慢速充電時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)的靜態(tài) RAM，經(jīng)過一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)通信。時(shí)鐘的運(yùn)行可采用 24 小時(shí)或帶上午和下午的 12 小時(shí)格式。數(shù)據(jù)可以按每次一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的形式傳送到時(shí)鐘 RAM 或從中送出 。 GND：電源地。 I/O：數(shù)據(jù)輸入、輸出引腳。 電路圖如圖 所示。在 /RST 引腳上加一個(gè)低電平有效信號(hào)將導(dǎo)致 MCU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。在低有效的 /RST 信號(hào)撤出 后， MCU 將保持在復(fù)位狀態(tài)至少 12 個(gè) 時(shí)鐘周期。外部復(fù)位電路如圖 所示。 C8051F020 的 ADC0 子系統(tǒng)功能圖如圖 所示 。 AMUX0、 PGA0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測(cè)器都可用軟件通過對(duì)特殊功能寄存器的操作來控制。 C 的帶隙電壓基準(zhǔn)發(fā)生器和一個(gè)兩倍增益的輸出緩沖放大器。當(dāng) AD0EN 位為‘ 0’時(shí)， AD0C 子系統(tǒng)處于低功耗關(guān)斷方式。這就允許用戶對(duì)每 個(gè)通道選擇最佳的測(cè)量技術(shù)，甚至可以在測(cè)量過程中改變方式。 ADC0CN 有 4種轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式，由 ADC0CN 中的 ADC0 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換方式位（ AD0CM1，AD0CM0）的狀態(tài)決定。 AD0BUSY 位的下降沿觸發(fā) 一個(gè)中斷（當(dāng)被允許時(shí)）并將中斷 標(biāo)志 AD0INT（ ）置‘ 1’。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在寄存器對(duì) ADC0H:ADC0L 中 的存 儲(chǔ)方式可以是左對(duì)齊或右對(duì)齊，由 ADC0CN 寄存器中 AD0LJST 位的編程狀 態(tài)絕定。每當(dāng)方位軸轉(zhuǎn)向正西方向的時(shí)候，便會(huì)撞擊行程開關(guān)，將此機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)發(fā)出回轉(zhuǎn) 180 度指令，是系統(tǒng)在方位角方向回到東方，等待第二 天太陽升起。因?yàn)楦叨冉窃谥形绲臅r(shí)候最大，早晚的高度角相差不大。 90176。 行程開關(guān)的連接電路圖如 所示， S1 表示行程開關(guān)，它處在常開狀態(tài)。使用光耦主要是基于以下考慮： ①響應(yīng)速度加快。 ②抗干擾能力加強(qiáng)，穩(wěn)定性得到提高。 V 1 2T L P 5 2 1 2S1R 7 8R 8 0V3/ I N T 0 圖 限位開關(guān)連接電路 行程開關(guān) S1 處于常開狀態(tài)，機(jī)械裝置的方位軸在正常的工作范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，因而輸入單片機(jī) /INT0 端口的是高電平；當(dāng)機(jī)械裝置的方位軸轉(zhuǎn)到極限狀態(tài)時(shí)，行程開關(guān) S1 的機(jī)械觸頭動(dòng)作，使常開狀態(tài)的行程開關(guān)閉合，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，從而使得三級(jí)管導(dǎo)通， /INT0 變?yōu)榈碗娖?。正好?C8051F020 的外部中斷 0（ /INT0）設(shè)置成下降沿觸發(fā)輸入，并且中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置成高級(jí)。 一般將光耦輸入設(shè)為 5mA，則用 12V 減去二極管壓降再除以 5mA 即為 R78 阻西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 值，即 R78 約為 2K。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制模塊 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)述 步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電機(jī)，它是一個(gè)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移（或直線位移）的執(zhí)行機(jī) 械，即給定一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn) ： 1）在不失步的前提下步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。 2）由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，即非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？煽?。 3）步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 作為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器主要是由脈沖發(fā)生器，脈沖分配器和功率放大器等環(huán)節(jié)組成。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組是按一定通電方式工作的，為實(shí)現(xiàn)繞 組輪流通電，需將控制脈沖按規(guī)定的通電方式分配到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的每相繞組。軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過單片機(jī)（ DSP 及其它控制芯片）向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制脈沖。所謂硬件法實(shí)際上是用脈沖分配器芯片，來進(jìn)行通電換相和轉(zhuǎn)向控制。所以分配器出來的脈沖還需進(jìn)行功率放大才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在有很多廠家生產(chǎn)出專門的用于步進(jìn)電機(jī)控制的脈沖分配芯片，配合用于功率放大的驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 采用開環(huán)控制并具有一定的精度是步進(jìn)電機(jī)的一大特點(diǎn)。如果要獲得優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，不如選用其他直流或交流伺服系統(tǒng)。 串并行控制 采用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，有串行控制和并行控制兩種方法。這兩個(gè)信號(hào)都是送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的環(huán)形脈沖分配器的輸入端，所以在這種控制系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器中必須含有脈沖分配器，對(duì)電動(dòng)機(jī)各相勵(lì)磁的分配 及轉(zhuǎn)換順序都由環(huán)形分配器來完成，見圖 。系統(tǒng)從 CP 脈沖控制線按電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的要求發(fā)出相應(yīng)周期間隔的脈沖，即可使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。由此可以方便地對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。 2）并行控制用單片機(jī)系統(tǒng)接口的數(shù)條數(shù)據(jù)線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū) 動(dòng)線路的方法稱為并行控制 。 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)：步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流是按照工作方式的節(jié)拍輪流通電的。電磁力的大小與繞單 片 機(jī) CP 脈沖 方向信號(hào) 環(huán) 形 分 配 器 功 率 放 大 器 步 進(jìn) 電 機(jī) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 組通電電流的大小有關(guān)。也就是說，如果繞組中電流的波形不再是一個(gè)近似方波，而是一個(gè)分成 N個(gè)階級(jí)的近似階梯波，則電流每升或降一個(gè)臺(tái)階時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小步。 這種將一個(gè)步距角細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，使實(shí)際的步距角更小了，可以大大提高對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制精度。 步進(jìn)電機(jī)加減速控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從起點(diǎn)點(diǎn)到終 點(diǎn)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，要經(jīng)歷升速、恒速和減速過程。如果到終點(diǎn)時(shí)突然停下來，由于慣性作用，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)發(fā)生過沖現(xiàn)象，會(huì)造成位置精度降低。所以，對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速有嚴(yán)格的要求，那就是保證在不失步和過沖的前提下，用最快的速度移動(dòng)到指定位置。如 圖 所示。升速的規(guī)律一般有兩種選擇，一是按照直線規(guī)律升速，二是按照指數(shù)規(guī)律升速。從電動(dòng)機(jī)本身的特性來看，在轉(zhuǎn)速不是很高的范圍內(nèi)，輸出的轉(zhuǎn)矩基本上可以認(rèn)為恒定。 圖 用單片機(jī)對(duì)步進(jìn) 電機(jī)進(jìn)行加減速控制，實(shí)際上就是改變輸出時(shí)鐘脈沖 CP 的間隔。單片機(jī)采用定時(shí)中斷方式來控制電機(jī)變速時(shí)，實(shí)際上就是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小。為了減少每步計(jì)算轉(zhuǎn)載值的時(shí)間，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)把各離散點(diǎn)西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的中，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用查表法查出所需的裝載值，從而大為減少占用運(yùn)算的時(shí)間，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。 TA8435H 是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用 芯片，外接電路簡(jiǎn)單，工作可靠。工作方式由 M M2 引腳電平來決定，具體情況如表 。但是當(dāng)其中一個(gè)引腳輸入脈沖時(shí)，另一個(gè)引腳必須保持高電平。 ③驅(qū)動(dòng)電流的設(shè)定 TA8435H 輸出的驅(qū)動(dòng)電流由 VNF 和 NFA、 NFB 引腳上所連的檢測(cè)電阻 RNF 決定。 REFIN 為低電平時(shí)， NFA 和 NFB 輸出電壓為 V，REFIN 為高電平時(shí)， NFA 和 NFB 輸出電壓為 。 西 安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 ④續(xù)流二極管的選擇 TA8435H 的輸出端必須外接續(xù)流二極管來泄放繞組電流。單片機(jī)控制兩個(gè)電機(jī)的所有信號(hào)均通過光耦輸出，見圖。當(dāng)單 片機(jī)控制引腳輸出高電平時(shí)，發(fā)光二極管截止，三級(jí)管也處子截止?fàn)顟B(tài)，驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)被上拉為高電平。 其中 R7 R74 選用 、 2W 的大功率電阻。 本課題選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為 STM57HB76，其步距角 ，相數(shù) 2， 額定 電壓 1250V，電流 ，電阻 ，電感 ， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ， 額定轉(zhuǎn)速2020RPMrpm。在動(dòng)力傳動(dòng)中，單級(jí)傳動(dòng)比一般為 8～ 80，在分度機(jī)構(gòu)中或傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)比可達(dá) 1000，因傳動(dòng)比大，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。蝸桿齒為連續(xù)不斷的螺旋形，再與蝸輪嚙合過程中是連續(xù)的，同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)又較多，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小?？梢员ＷC在無驅(qū)動(dòng)的情況下太陽跟蹤裝置的角位置得到穩(wěn)定。方位角電機(jī)輸出軸通過連軸器與方位角蝸桿連接，方位角蝸桿與方位角渦輪嚙合傳動(dòng)，方位角渦輪緊固于方位角轉(zhuǎn)軸上。高度角電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過高度角蝸桿、蝸輪把力矩傳給絲杠，絲杠將推動(dòng)支撐板做俯仰運(yùn)動(dòng)調(diào)整 光電池板 的傾角，使 光電池板 在南北方向跟蹤太陽。 研究了太陽教的計(jì)算方法，討論了不同經(jīng)緯度下太陽電池方陣不同的方位角和傾斜角對(duì)其 吸收光伏能量的影響，從而可以在一個(gè)地區(qū)大致確定一個(gè)適合安裝太陽能電池陣列的傾斜角和方位角。自動(dòng)跟蹤控制芯片選擇單片機(jī) C8051F020，通過程序控制使單片機(jī)的輸出引腳發(fā)生電平變化，此信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)光伏電池板轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使其能夠保持朝著與太陽光線垂直的方向。 參考文獻(xiàn) 23 參考文獻(xiàn) [1]施玉川 .太陽能應(yīng)用 [M].陜西科學(xué)出版社， 2020. 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