【正文】 ? 能夠用（ 28）式子得到： 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 sin sin sin c o s c o s c o ss? ? ? ? ? ??? (28) 3602 3 4 5 s in ( 2 8 4 )365 n? ???????? (29) 式中 的單位都為 “度 ”。0?? ，夏至 為 176。??? ， n 被當做每月每日的號碼，自一月 一號起， 1n? 同時每過一天就變成 1nn??。其中 t 代表人們使用的時間的均值。我們可以通過計算下列式子得到精確的 0t ，其中 e 為中國各個城市的時間差異 ： 172 281 c os 515 sin 495 c os 2 619 sin 2e ? ? ? ?? ? ? ? ? (211) 360 ( 1 )365 n? ?? (212) 0 ( 120 ) / 15 e / 60t t longit ude? ? ? ? ? (213) 式 子 中 longitude 是裝置在地球的經(jīng)度位置，我國城市中北京的準確時間的經(jīng)度是176。地球自轉(zhuǎn)一圈需要 24 個小時，因此 1 個小時可以轉(zhuǎn)動176。0?? ， 上午為 176。0?? ， 通過 ? 能夠推算出： 0=15(12t )? (214) 如果太陽升到正南邊，那么 176。0?? ，在東南方向 時 ， 176。為了更好的計算太陽的正確位置，還要算出太陽升起時的角度 1? 和太陽下落時的角度2? ，因為在這兩種情況下 176。0?? ，下午 為 176。 1 c os( ta n ta n )ar? ? ??? (216) 2 c os( ta n ta n )ar? ? ??? (217) 還可以得到太陽出來的時間 1T 和太陽下落的時間 2T ： 1112 /15T ??? (218) 2212 /15T ??? (219) 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 天文觀測和氣 象臺的 電檢測跟蹤裝置 太陽跟蹤裝置除了用作太陽能 裝置以外，還 可以在天文觀測和氣象臺衛(wèi)星等方面 。另一種為固定日光方式，此裝置設(shè)定的固定方向和太陽光的反射方向重合，太陽做自轉(zhuǎn)運動，設(shè)備圍繞地球軸線開始做勻速圓周暈倒，這就和 地球自轉(zhuǎn)的方向相反，讓裝置的垂直方向和赤到方向平行，實現(xiàn)對日光的追蹤。 光電壓差式 太陽檢測跟蹤裝置 光電壓差式太陽檢測跟蹤裝置，采用兩個電機雙維錯位放置，通過控制板驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動，達到將平臺最終對準太陽的目的。 系統(tǒng)跟蹤方式的選擇 由上述可以看出， 前兩種日光追蹤方式運算過于繁瑣 ， 為了增加追蹤設(shè)備的精確度，對裝置各個部件的結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量有非常高的要求，因此該裝置的造價會非常高，我國對這種追蹤方法的研究不是很成熟， 相比之下第三類光電壓差式跟蹤檢測方案更加簡單實用 [24]。 這種跟蹤方案 在實際中應用 比較廣泛，其主要的優(yōu)點是 ：整體 結(jié)構(gòu)比較簡單實用 ， 制作費用低，精度比較高，抗干擾性強 ，甚至可以在陰雨天等惡劣環(huán)境下工作， 有足夠的工作空間，雖然 承受的重量有限 ， 但特別適用于小型的太陽能接受裝置和光電檢測跟蹤 演示實驗。并且研究了系統(tǒng)組成部分的構(gòu)成，材料盡量選取經(jīng)久耐用、技術(shù)成熟、性價比高、普遍可見的設(shè)備，來提高系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 成本。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 第 3 章 光電檢 測跟蹤系統(tǒng)的 硬件部分設(shè)計 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計及原理 本設(shè)計中通過東西向的方位角跟蹤和南北向的高度角的檢測跟蹤達到使接收板始終正對太陽照射角，從而達到提高太陽能利用率的目的，因此轉(zhuǎn)向部分首先需要滿足能夠進行東西向和南北向的自由轉(zhuǎn)動。機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上要做到結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理，選件不能過大臃腫，在同等條件下，盡量選用小型的構(gòu)件。此結(jié)構(gòu)在東西向和南北向都有很大的轉(zhuǎn) 動空間，并且結(jié)構(gòu)簡單，耗材較少，比較適合小型的太陽能跟蹤檢測系統(tǒng)的演示實驗 。 如圖 31， 光電檢測系統(tǒng)硬件的 基本組成主要有： 光敏電阻、電壓比較器、三端穩(wěn)壓器、電機驅(qū)動器、直流電機、直流電源。根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同，直流電動機可分成直流高速、直流低速和直流減速電動機等幾種。 直流低壓電動機的兩管腳施加 3V的電壓，其轉(zhuǎn)軸就會以一定的速度轉(zhuǎn)動，如果交換供電極性可以使電動機反轉(zhuǎn)。其他直流低壓電動機還有 6V、 12V、24V等多種額定電壓以供選擇 [25]。本系統(tǒng)選取直流減速電機作為驅(qū)動電機。由于電動機生產(chǎn)廠家之間沒有統(tǒng)一的型號規(guī)范，所以在選購電動機時，我們可以向商家提供如工作電壓、電 流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，看他們有沒有相同或配套的產(chǎn)品，再進行選擇。 （ 2） 能夠帶動的很大的設(shè)備，受外界干擾小。 （ 4） 可以按照特定的要求進行不同的運轉(zhuǎn)方式 [26]。比如大型的 工廠或車床等機械產(chǎn)業(yè)基地高速直流電機得到廣泛的應用，還可以在沒有電時為當?shù)氐挠秒娫O(shè)備作為發(fā)電機提供 電能。低速直流電機同時還與過載保護離合器和制動器相結(jié)合，大批量應用于機器人驅(qū)動裝置和自動翻轉(zhuǎn)控制機構(gòu)，還應用于自動翻轉(zhuǎn)裝置、工業(yè)遙控設(shè)備、自動天窗裝置、車載自動裝置、醫(yī)療器械和驅(qū)動移動設(shè)備等領(lǐng)域。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩，這大大提高了直流電機在自動化行業(yè)中的使用率。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達或齒輪電機。減速電機廣泛應用于鋼鐵行業(yè)、機械行業(yè)等。 直流減速電機還有下面幾個優(yōu)點： （ 1） 減速電機結(jié)合國際技術(shù)要求制造，具有很高的科技含量。 （ 3） 能耗低，性能優(yōu)越，減速機效率高達 95%以上。 （ 5） 經(jīng)過精密加工，確保定位精度，這一切構(gòu)成了齒輪傳動總 成的齒輪減速電機配置了各類電機，形成了機電一體化，完全保證了電機的 質(zhì)量特征。 通過對 直流高速、直流低速和直流減速電動機這三種電機的分析和比較，本設(shè)計采用兩個 12V直流減速電機作為橫縱方向上的轉(zhuǎn)向裝置。 表 31 12V直流 電機的技術(shù)參數(shù) 型號 電壓 （ V） 空載轉(zhuǎn)速(r/min) 額定轉(zhuǎn)速(r/min) 扭矩(kg 如圖 32所示， 293LD包含了 16個 引腳， 它的芯片里 含有 2個 H橋電路 模塊 ， 其余全部的電路 都 像一個 n的形狀 。當跟蹤定位后電機不轉(zhuǎn)動時，芯片內(nèi)部產(chǎn)生微弱的電流，這里它 起到 了 “動力潤滑 ”的效果 ， 并且緩解了電機制動時產(chǎn)生的阻力，還有一個優(yōu)點就是 293LD的速度適中、平緩、性能較好。一個 293LD芯片齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 中含有兩個 H 橋模塊，說明一個 293LD模塊能夠驅(qū)動兩個直流減速電機轉(zhuǎn)動，并且彼此不會相互干擾。 293LD驅(qū)動芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 32所示： 圖 32 L293D內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 L293D的技術(shù)參數(shù)如下： 表 32 L293D的技術(shù) 參數(shù) 型號 工作溫度 最大輸出電壓 最大輸出電流 通道數(shù) 驅(qū)動器數(shù) L293D 40℃ 到 +150176。這一點很重要，因為在驅(qū)動器關(guān)閉時，所有的磁性元件都會產(chǎn)生大的電壓尖峰信號。因此，在線圈的兩端 接一個二極管，以便防止這些反 EMF 干擾或者損壞任何的電子元件。不必修改驅(qū)動器控制部分，就能夠使用這些信號實現(xiàn)脈寬調(diào)制（ PWM）速度控制。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 四通道電壓比較器的選 取 本系統(tǒng)中 電壓比較器 選用的是 LM324。它可以看作是放大倍數(shù)接近 “無窮大 ”的運算放大器 [30]。 LM324 能夠在 3 V到 32 V的電壓下工作，其靜態(tài)電流約為 1741MC 的 1/5。 Vi （ ） 的電位和輸入端正好相反 ， Vi+（ +） 和輸入端的方向相同。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨立的電源電壓的幅度。例如，可直接操作的 LM324 系列，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無需額外的 177。 LM324 在本系統(tǒng)的作用：當光源的強度不同時， 4 個光敏電阻產(chǎn)生不同的電壓，通過四通道電壓比較器 LM324對產(chǎn)生壓差進行 比較 并 輸出 相應的 高低電平， 驅(qū)動 4 個 LED指示燈發(fā)光 ，同時輸出的 4 路信號作為電機驅(qū)動芯片 L293D 的輸入 。 常用的 78 系列和 79 系列， 78 系列 的都是 三端正電源穩(wěn)壓電路 ， 79 系列 的都是負電源穩(wěn)壓電路 ，輸入電壓一般不要太大，低于 36V以內(nèi) [31]。 78 系列的封裝形式為 TO220，它有一系列固定的電壓輸出，應用非常的廣泛。如果能夠提供足夠的散熱片，他們就能夠提供大于 的輸出電流。 在這里用到的是 LM7806 三端穩(wěn)壓器，它的輸出電壓為 +6V，最大電流 500 毫安。如圖 34所示：接線時 1 腳接電壓輸入， 2 腳接地， 3 腳接輸出端。 （ 2） 輸出電壓為 5V； 6V； 8V； 9V； 10V； 12V； 15V； 18V； 24V。 （ 4） 短路保護。 圖 34 LM7806 外形引腳排列圖管腳圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 表 34 LM7806 三 端穩(wěn)壓電路極限參數(shù)： Parameter 參數(shù) Symbol符號 Value 單位 輸入電壓 (for VO =5V to 18V) VI 35 V (for VO =24V) VI 40 V Thermal Resistance JunctionCases 熱阻 (結(jié)到殼 ) (TO220) RθJC 5 ℃ /W Thermal Resistance JunctionAir 熱阻 (結(jié)到空氣 ) (TO220) RθJA 65 ℃ /W Operating Temperature Range 工作溫度范圍 TOPR 0 ~ +125 ℃ Storage Temperature Range 儲存溫度范圍 TSTG 65 ~ +150 ℃ 本章小結(jié) 本章中闡述了 太陽光入射角光電檢測裝置的機械和硬件部分 的整體結(jié)構(gòu)框圖，還對系統(tǒng)所需使用的 直流 電機驅(qū)動芯片 、直流減速電機、四通道電壓比較芯片進行了選型與簡 介 。齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 第 4 章 光電檢測 跟蹤系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計 仿真軟件 Proteus 本系統(tǒng)使用的仿真軟件為 Proteus，它是它不僅具有其他 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真各種芯片模塊及外圍元器件。 Proteus 仿真軟件的特點 （ 1） 完全滿足我們所用到 的 原理圖制作和仿真的基本 要求， 而且相對于同種功能的軟件具有顯著的特點。 （ 3） 庫里包含的 芯片類型有： AVR 芯片 、 PIC12 芯片 、 Z80 芯片 、 LM78 芯片等其他模塊芯片 。 簡而言之， Proteus 已成為外部芯片模塊的 繪制 和仿真調(diào)試 為一體的仿真工具 ，其功能非常的強大和完善，是其他任何一個 軟件不能 與之 相比的 [34]。 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)有以下特性： （ 1） 高質(zhì)量的制圖功能 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)提供給用戶完善智能的圖形外觀繪畫功能，其中包括線寬、填充類型、字符等全部的控制功能 。 我們可以用鼠標對 元件 進行移動 、 修改和 刪除 等 操作 。在布線位置比較特殊的時候，使用者只需在特殊位置雙擊就可以完成走線。既節(jié)約了時間，又避免了其他可能存在的錯誤。 （ 5） 總線支持 ISIS 原理圖 輸入系統(tǒng) 不只 是一根總線，它 也可以使用 總線 的引線來 控制相關(guān)模塊。 （ 6） 元件庫 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)的元件庫中包含了 8000 個元件，其中有標準符號、三極管、二極管、熱離子管、 TTL、 CMOS、 ECL、微處理器，以及存儲器元件、 PLD、模擬 Ic 和運算放大器等。 （ 8） 元件特性 在電路設(shè)計中的每個元件都有一定的屬性或特性。一旦庫建立，就能直接提供元件的默認值及特性定義。 （ 9） 報告 ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng)支持許多第三方網(wǎng)表格式，因此能夠被其他的軟件所使用．在設(shè)置完元件清單后就可以添加用戶所需的元件屬性，也可設(shè)置屬性列從而挑選與設(shè)計需要相符合的元件屬性。 Proteus 仿真步驟 （ 1） 進入 Proteus ISIS 雙擊桌面上的 ISIS 7 Professional 圖標或者單擊屏幕左下方的 “開始 ”→“ 程序 ”→“Proteus 7 Professional” →“ISIS 7 Professional”