嵌入式太陽能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、西安技師學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化系 12 屆預(yù)備技師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文名稱：嵌入式太陽能交通燈軟件設(shè)計(jì) 姓 名：穆 婷專業(yè)班級(jí)：12G 電維預(yù)備技師班指導(dǎo)教師：郭玉萍 孫智超 日 期：2012 年 6 月 15 日成績(jī)：優(yōu) 良 中 及格 不及格內(nèi)容提要內(nèi)容提要本系統(tǒng)采用LPC2103 ARM嵌入式系統(tǒng)為系統(tǒng)控制中心，包含支路電機(jī)控制器和LED燈控制器兩部分，通過A/D轉(zhuǎn)換，完成電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制太陽能電池板實(shí)現(xiàn)水平方向360度旋轉(zhuǎn)，垂直方向180度旋轉(zhuǎn)，完成對(duì)太陽光的實(shí)時(shí)追蹤，用定時(shí)器控制交通燈和路燈的定點(diǎn)亮滅功能，同時(shí)利用蓄電池充放電為系統(tǒng)供電，充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性和節(jié)能性。本論文主要是在IAR Emb

2、edded Workbench的開發(fā)環(huán)境下，采用C語言編程，完成A/D轉(zhuǎn)換和定時(shí)器控制部分的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了光能到電能的A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了交通燈的控制和太陽能電池板追蹤模擬太陽運(yùn)動(dòng)的同步性，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。關(guān)鍵詞：ARM 實(shí)時(shí)追蹤 軟件設(shè)計(jì) 目目 錄錄第一章 引言 .11.1 課題背景 .11.2 太陽追蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .11.3 研究目的及意義 .2第二章 系統(tǒng)概述 .32.1 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .32.2 系統(tǒng)功能 .32.3 性能指標(biāo) .42.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理 .4第三章 軟件設(shè)計(jì) .63.1 C 語言介紹.63.1.1 For 語句 .63.1.2 If 語句 .73.2

3、A/D 轉(zhuǎn)換介紹及控制程序.73.2.1 A/D 寄存器描述 .83.2.2 ADC 使用方法 .83.2.3 程序控制.93.3 定時(shí)器介紹及程序控制 .103.3.1 定時(shí)器寄存器描述 .103.3.2 定時(shí)器使用方法.103.3.3 程序控制.10第四章 軟件調(diào)試 .12第五章 結(jié)論及展望 .14致 謝 .15參考文獻(xiàn) .16附錄 A ：程序.17第 0 頁第一章第一章 引言引言1.11.1 課題背景課題背景由于現(xiàn)今高科技環(huán)境下，能源是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和社會(huì)進(jìn)步的原動(dòng)力。從工業(yè)革命以來，人類所使用的主要能源為石化能源，然而其蘊(yùn)藏量有限，大量使用造成全球環(huán)境生態(tài)和氣候產(chǎn)生莫大的變化，同時(shí)大氣中

4、的溫室氣體濃度大幅提高，造成氣溫逐漸升高、海平面上升等溫室效應(yīng)的現(xiàn)象，威脅了我們生存的環(huán)境。因此在環(huán)保意識(shí)抬頭的今日，積極開發(fā)低污染及低危險(xiǎn)性能源乃為迫切的需要。而太陽能是一種免費(fèi)、無污染且又取之不盡、用之不竭，是一種可以用來發(fā)電的相當(dāng)好的能源。而目前的太陽能發(fā)電效率普遍都不高，所以如何增加太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率是值得研究的。由于太陽會(huì)隨著四季的季節(jié)和天氣有規(guī)律的變化，而太陽能板如能一年里都和太陽成垂直時(shí)，其接收日照強(qiáng)度是最好的。目前太陽能電池板的架設(shè)大都采用固定式，其電池板的板面固定朝向天空中某一方向，并不隨著太陽移動(dòng)而偏轉(zhuǎn)。要增加太陽光照射于太陽電池板上的單位面積照度，有鑒于此，本研究設(shè)

5、計(jì)追日性能良好的太陽追蹤發(fā)電系統(tǒng)。而所設(shè)計(jì)出的機(jī)構(gòu)，除了必須能承載太陽能電池板，也要能讓太陽能電池板在空間中做接近半球面的立體轉(zhuǎn)動(dòng)，如此才能完全追蹤白天太陽在天空中的位置，也因此可以使總體發(fā)電量提高。此系統(tǒng)可以提高照射能量密度，取得光照的最大量， 同時(shí)在取得相同發(fā)電量的情況下，使用較少的太陽電池以降低發(fā)電成本，因此極具研究發(fā)展的重要性。1.21.2 太陽追蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀太陽追蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在太陽能跟蹤方面，我國在 1997 年研制了單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器的接收效率提高了。1998 年美國加州成功的研究了 ATM 兩軸跟蹤器，并

6、在太陽能面板上裝有集中陽光的透鏡，使效率進(jìn)一步提高。2002 年 2 月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機(jī)完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，太陽追蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)追蹤太陽的方法很多，但是不外乎采用如下第 1 頁兩種方式：一種是光電追蹤方式，另一種是根據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤；前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。1.31.3 研究目的及意義研究目的及意義本課題主要目的是研究出一種基于光電傳感器的太陽光線自動(dòng)跟蹤裝置，該裝置能自動(dòng)跟蹤太陽光線的運(yùn)動(dòng)，保證太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽光線垂直，能夠最大程度的利用太陽能，解決了當(dāng)下大部

7、分太陽能發(fā)電裝置對(duì)太陽能應(yīng)用率不高的問題，解決了空間分布不斷變化的缺點(diǎn)。為太陽能的利用提出了更有效的方式方法，對(duì)于應(yīng)對(duì)能源危機(jī)提供了一定的幫助。第 2 頁第二章第二章 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述太陽能交通燈系統(tǒng)是現(xiàn)代化太陽能供電和設(shè)備自動(dòng)調(diào)整化控制紅綠燈的統(tǒng)稱，是將供電和尋找光強(qiáng)最大方向完全置于 ARM 芯片管理下的高科技機(jī)電一體化產(chǎn)品。課題所采用的感應(yīng)式太陽光追蹤充電系統(tǒng)是目前國內(nèi)最先進(jìn)的太陽能交通燈系統(tǒng)，具有節(jié)能低碳、靈敏度高、充電最大化、使用壽命長(zhǎng)、應(yīng)用方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)架線供電和一般太陽能供電所不能比擬的，它將取代現(xiàn)有交通燈供電設(shè)備成為新一代供電系統(tǒng)的主流。2.12.1 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式

8、系統(tǒng)簡(jiǎn)介“嵌入式系統(tǒng)”一般指非 PC 系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能但又不稱之為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可縮擴(kuò)的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。因此，嵌入式系統(tǒng)可理解為一種為特定設(shè)備服務(wù)的，軟件硬件可裁剪的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的英文名稱是 Embedded System。與通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)功耗低、可靠性高；功能強(qiáng)大、性能價(jià)格比高；實(shí)時(shí)性強(qiáng)，支持多任務(wù)；占用空間小，效率高；面向特定應(yīng)用，可根據(jù)需要靈活定制。 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛：幾乎包括了生活中的所有電器

9、設(shè)備，如掌上 PDA、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備、電視機(jī)頂盒、手機(jī)上網(wǎng)、數(shù)字電視、多媒體、汽車、微波爐、數(shù)字相機(jī)、家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)、蜂窩式電話、消費(fèi)電子設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化儀表與醫(yī)療儀器等 。2.22.2 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能 1、追蹤系統(tǒng)所裝配的蓄電池，能夠在太陽光下進(jìn)行實(shí)時(shí)充電，以能夠保證電量的充足和交通燈、路燈的正常工作。第 3 頁2、根據(jù)對(duì)相應(yīng)選取 I/O 引腳的定義及輸出控制，采用定時(shí)器控制相應(yīng)引腳高低電平輸出來控制 LED 燈的亮滅。3、根據(jù)光敏電阻阻值變化產(chǎn)生的模擬信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)化后得到的數(shù)字信號(hào)，編寫 C 語言函數(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，尋找最大入射光的角度，使太陽能電池板

10、垂直于入射光。4、編寫程序協(xié)調(diào)減速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和 LED 亮滅的同步性。5、控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和通過對(duì)比光敏電阻阻值大小確定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。2.32.3 性能指標(biāo)性能指標(biāo)1.工作電壓：DC35V。2.利用太陽能電池板對(duì)蓄電池充電。3.使用定時(shí)器控制交通燈的指示時(shí)間。4.PWM 輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。5.A/D 轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。6.控制精度：9080 度（以垂直太陽光為法線）7.水平方向 360 度旋轉(zhuǎn)，垂直方向 180 度旋轉(zhuǎn)。8.紅燈時(shí)間：根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定（暫設(shè) 10S） 。9.綠燈時(shí)間：根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定(暫設(shè) 7S)。10.黃燈時(shí)間：根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定(暫設(shè) 3S)。 2.42.4 系統(tǒng)實(shí)

11、現(xiàn)原理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理太陽能控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容有電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、光電轉(zhuǎn)換、電池充放電、LED技術(shù)、系統(tǒng)智能化軟件、實(shí)時(shí)追蹤和外型結(jié)構(gòu)等。其追蹤原理為：追蹤傳感器主要經(jīng)由四顆特性相近光敏電阻構(gòu)成，負(fù)責(zé)探測(cè)東西南北四個(gè)方向的光源強(qiáng)度，于各方向均有一個(gè)光敏電阻，并以 45 度角朝向光源處，并將該方向設(shè)置擋光板將該方向以外的光線隔離，達(dá)到快速判別太陽位置的廣角式搜索。四個(gè)光敏電阻分成兩組，分別接受東西方向和南北方向太陽光的照射，通過高頻的 AD 采樣求均值后，可以比較真實(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定出光敏電阻的實(shí)際分壓，從而判斷同一水平和豎直線上的兩組光敏電阻的實(shí)際受光情況。當(dāng)一端分壓過高另一端分壓較低時(shí)，說明太陽在此方向上第

12、4 頁是側(cè)照，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)函數(shù)則會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向偏離的方向運(yùn)轉(zhuǎn)，反之則反向轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方向上的電機(jī)控制原理也是相同的。如此，通過四個(gè)方向的調(diào)整，可以迅速地找到太陽的直射方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的實(shí)時(shí)追蹤。本系統(tǒng)采用 LPC2103 ARM 嵌入式系統(tǒng)為系統(tǒng)控制中心，在 IAR Embedded Workbench 的開發(fā)環(huán)境下，采用 C 語言編程，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，本文主要針對(duì)本系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行介紹。第 5 頁第三章第三章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)3.13.1 C C 語言介紹語言介紹C 語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言。它既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它由美國貝爾研究所的 D.M.Ritchi

13、e 于 1972 年推出。1978后，C 語言已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它是一種高級(jí)的結(jié)構(gòu)語言，功能齊全，使用范圍廣，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到 C 語言，適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫。廣泛的應(yīng)用于單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。下面就對(duì)本系統(tǒng)所用到的幾種語句進(jìn)行介紹。3.1.13.1.1 ForFor 語句語句 For 語句是一種循環(huán)語句，可以包含初始化、測(cè)試條件和遞增部分。for語句的結(jié)構(gòu)如下：for(initial；condit

14、ion；increment)statement；其中，initial、condition 和 increment 都是表達(dá)式，而 statement 為單條語句或復(fù)合語句。工作原理：1.執(zhí)行表達(dá)式 initial。Initial 通常是一條賦值語句，將一個(gè)變量設(shè)置為特定的值；2.判斷 condition。Condition 通常是一個(gè)關(guān)系表達(dá)式；3.如果 condition 為假（即等于 0） ，for 語句結(jié)束，并接著執(zhí)行statement 語句后面的第一條語句；第 6 頁4.如果 condition 為真（即不等于 0） ，則執(zhí)行 statement 語句；5.執(zhí)行表達(dá)式 incremen

15、t，然后返回到第 2 步。3.1.23.1.2 IfIf 語句語句If 語句的基本格式有三種格式： If（expression）Statement；執(zhí)行過程：如果 expression 為真，則執(zhí)行 statement，否則不執(zhí)行。無論結(jié)果如何，接著都將執(zhí)行 if 語句后面的語句，是否執(zhí)行 statement 取決于expression 的結(jié)果。值得注意的是：If（expression）和 statement;一起組成了完整的 if 語句，他們并非兩條獨(dú)立的語句，即不能在 If（expression）語句后加分號(hào)，否則語句無效。格式： If(expression)statement1；else

16、statement2；執(zhí)行過程：如果 expression 為真，則執(zhí)行 statement1 語句；否則執(zhí)行Statement2 語句。statement1 和 statement2 都可以是復(fù)合語句。格式： If（expression1） Statement1； Else if(expression2)Statement2；ElseStatement3；Next_statement； 執(zhí)行過程：如果第一個(gè)表達(dá)式 expression1 為真，則執(zhí)行 statement1,然后執(zhí)行 next_statement；否則判斷第二個(gè)表達(dá)式 expression2,如果該表達(dá)式為真，則執(zhí)行 stat

17、ement2 語句；否則執(zhí)行 statement3,在此三條語句中，將只有一條被執(zhí)行。第 7 頁3.23.2 A/DA/D 轉(zhuǎn)換介紹及控制程序轉(zhuǎn)換介紹及控制程序用來將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量 的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱 a/d 轉(zhuǎn)換器或 adc） 。它的作用是將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號(hào)，因此，A/D 轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4 個(gè)過程。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的工作原理和采用工藝技術(shù)不同，因此 a/d 轉(zhuǎn)換器按分辨率分為 4 位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和 bcd 碼的 31/2 位、51/2 位等。按轉(zhuǎn)換速度可分為超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間33

18、0ns） ，次超高速（3303.3s） ，高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間 3.3333s） ，低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間330s）等。按轉(zhuǎn)換原理可分為直接 a/d 轉(zhuǎn)換器和間接 a/d 轉(zhuǎn)換器。所謂直接 a/d 轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如逐次逼近型，并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型 a/d 轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的分辨率和速度；間接 a/d 轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時(shí)間轉(zhuǎn)換型（積分型） ，電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。其中積分型a/d 轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，且能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。有些轉(zhuǎn)換器還將多路開關(guān)、基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘電路、譯碼

19、器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)芯片內(nèi)，已超出了單純 a/d 轉(zhuǎn)換功能，使用十分方便?；诒鞠到y(tǒng)的需求，要對(duì)太陽光進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，即需要將模擬的太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。LPC2103 為 10 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，8 個(gè)引腳可同時(shí)復(fù)用為 A/D 輸入腳，可以滿足系統(tǒng)需要的 4 路模擬信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)換的需要，下面就對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹：3.2.13.2.1 A/DA/D 寄存器描述寄存器描述名稱描述AD0CRA/D 控制寄存器。A/D 轉(zhuǎn)換開始前，必須寫入AD0CR 寄存器來選擇工作模式。AD0DRA/D 數(shù)據(jù)寄存器。該寄存器包含 ADC 的 DONE 位（轉(zhuǎn)換結(jié)果標(biāo)志）和

20、10 位的轉(zhuǎn)換結(jié)果（當(dāng) DONE 位為 1 時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果才有效的）第 8 頁3.2.23.2.2 ADCADC 使用方法使用方法使用 ADC 模塊時(shí)，先要將測(cè)量通道引腳設(shè)置為 AINx 功能，然后通過設(shè)置 AD0CR 寄存器設(shè)置 ADC 的工作模式、ADC 轉(zhuǎn)換通道、轉(zhuǎn)換時(shí)鐘（CLKDIV 時(shí)鐘分頻值） ，并啟動(dòng) ADC 轉(zhuǎn)換?？梢酝ㄟ^查詢或中斷的方式等待 ADC 轉(zhuǎn)換完畢，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)保存在 AD0DR 寄存器中。由于 A/D 沒有獨(dú)立的參考電壓，期參考電壓與供電電壓連接在一起即3.3V，那么從 AD0DR 寄存器中讀取到的 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果為 VALUE，則相應(yīng)的實(shí)際電壓為： U=*

21、3.3V1024VALUE3.2.33.2.3 程序控制程序控制如程序清單 1 所示，使用 AIN0 進(jìn)行 10 位 ADC 轉(zhuǎn)換的初始化程序，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率設(shè)置為 1MHz。程序清單 1：ADC_CR=( 1 1 ) | / SEL = 1 ，選擇通道 1( ( Fpclk / 1000000 - 1 ) 8 ) | / CLKDIV = Fpclk / 1000000 - 1 ，即轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為 1MHz( 0 16 ) | / BURST = 0 ，軟件控制轉(zhuǎn)換操作( 0 17 ) | / CLKS = 0 ，使用 11clock 轉(zhuǎn)換( 1 21 ) | / PDN = 1 ， 正常工作模式

22、(非掉電轉(zhuǎn)換模式)( 0 22 ) | / TEST1:0 = 00 ，正常工作模式(非測(cè)試模式)( 1 24 ) | / START=1,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ( 0 6)&0 x3ff; /得到二進(jìn)制結(jié)果 ,10bits第 9 頁3.33.3 定時(shí)器介紹及程序控制定時(shí)器介紹及程序控制3.3.13.3.1 定時(shí)器寄存器描述定時(shí)器寄存器描述名稱描述IR中斷標(biāo)志寄存器：可以寫 IR 來清楚中斷，可讀取 IR 來識(shí)別哪個(gè)中斷源被掛起TCR定時(shí)器控制寄存器：TCR 用于控制定時(shí)器計(jì)數(shù)器功能，定時(shí)器計(jì)數(shù)器可通過 TCR 禁止或復(fù)位TC定時(shí)器計(jì)數(shù)器：32 位 TC 每經(jīng)過 PR+1 個(gè) PCLK 周期加 1

23、，TC 通過TCR 進(jìn)行控制PR預(yù)分頻寄存器：32 位 TC 每經(jīng)過 PR+1 個(gè) PCLK 周期加 1PC預(yù)分頻計(jì)數(shù)器：每當(dāng) 32 位 PC 的值增加到等于 PR 中保存的值時(shí)，TC 加 1MCR匹配控制寄存器：MCR 用于控制在匹配時(shí)是否產(chǎn)生中斷或復(fù)位 TC3.3.23.3.2 定時(shí)器使用方法定時(shí)器使用方法1、計(jì)算定時(shí)器的時(shí)鐘頻率，設(shè)置 PR 寄存器進(jìn)行分頻操作。2、若使用匹配功能，則設(shè)置匹配通道的初值及工作模式；若使用捕獲功能，則設(shè)置捕獲方式。3、若使用定時(shí)器的相關(guān)中斷，則設(shè)置 VIC，使能中斷。4、設(shè)置 TCR，啟動(dòng)定時(shí)器。定時(shí)器計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率計(jì)算公式如下：計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率= (N 為 PR

24、 的值)1NFpclk3.3.33.3.3 程序控制程序控制如程序清單 2 所示為定時(shí)器 0 的定時(shí)器中斷初始化代碼，定時(shí)器 0 的時(shí)鐘不分頻，T0MR0 匹配后復(fù)位定時(shí)器并產(chǎn)生中斷，定時(shí)值設(shè)置為 Fpclk/100，即 10ms。同時(shí)，將定時(shí)器 0 中斷分配為 IRQ 通道 0，中斷服務(wù)程序地址為第 10 頁Timer0ISR。程序清單 2：Void Time0Init(void) T0TC=0； /定時(shí)器設(shè)置為 0 T0PR=0； /時(shí)鐘不分頻 T0MCR=0 x03；/設(shè)置 T0MR0 匹配后復(fù)位 T0TC，并產(chǎn)生中斷 T0MR0=Fpclk/100；/設(shè)置 0.1s 匹配值 T0TCR

25、=0 x01； /啟動(dòng)定時(shí)器/*設(shè)置向量中斷控制器*/VICIntSelect= VICIntSelect&(14)；/定時(shí)器 0 中斷分配為 IRQ 中斷VICVectCntl0=0 x20|4；/定時(shí)器 0 中斷分配為向量 IRQ 中斷VICVectAddr0=（uint32）Timer0_ISR;/向量 IRQ 通道 0 的中斷服務(wù)程序地址為 Timer0_ISRVICIntEnable=（14） ；/定時(shí)器 0 中斷使能第 11 頁第四章第四章 軟件調(diào)試軟件調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)主要由機(jī)械部分和軟件部分組成，但在軟件的調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)過程中我們遇到的困難最多，最后在老師的指導(dǎo)和小組各成員的

26、齊心協(xié)力下問題最終得以解決。軟件方面： 由于之前我們從未接觸過嵌入式系統(tǒng)，對(duì)其完全陌生，再加上時(shí)間的限制，我們只能針對(duì)課題的需要，進(jìn)行模塊化學(xué)習(xí)，找到學(xué)習(xí)的側(cè)重點(diǎn)；然后是對(duì) IAR Embedded Workbench 軟件的安裝與調(diào)試，由于開始安裝的 4.6 的軟件版本太低，所以經(jīng)常出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤、找不到配置文件等錯(cuò)誤，最終通過老師的幫助找到了問題的關(guān)鍵所在，重新安裝 5.2 的版本，問題才得到了解決。 在開發(fā)板的學(xué)習(xí)過程中，起初對(duì)其工作原理，模塊不是很熟悉，在進(jìn)行開發(fā)板例程測(cè)試時(shí)，檢測(cè)不到芯片，多次檢查開發(fā)板、修改程序和軟件參數(shù)之后，還是如此，我們又對(duì)開發(fā)板的數(shù)據(jù)手冊(cè)、測(cè)試電壓進(jìn)行再次學(xué)習(xí)、

27、測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電壓浮動(dòng)很大，而開發(fā)板的工作電壓只有 3.3V，可能是由于電壓過高導(dǎo)致開發(fā)板燒壞；有了上次的失誤，我們這次改用 5V 穩(wěn)壓電源進(jìn)行測(cè)試，不過在驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)還是出現(xiàn)了類似現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)是由于電源的電流太大所致，開發(fā)板只能承受最大 2A 的電流，而穩(wěn)壓電源的額定電流為5A。 在進(jìn)行多路模擬信號(hào)測(cè)試時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)寄存器有數(shù)據(jù)寄存，而串口卻無數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)是由于串口通道的設(shè)置問題，對(duì)于多路的模擬輸出，在進(jìn)行通道選擇時(shí)，首先要設(shè)置序號(hào)大的通道，如要同時(shí)開通 AIN0、AIN1、AIN2 三個(gè)通道，在選擇通道時(shí)要先開通通道 2 即可。 在用定時(shí)器單獨(dú)調(diào)試交通燈和串口

28、數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)，程序運(yùn)行正常，而將兩部分結(jié)合在一起后，兩部分的程序都無法正常運(yùn)行，檢查參數(shù)設(shè)置無誤，但問題無法解決，判斷可能是兩者不兼容的問題，但嘗試調(diào)節(jié)程序步序之后，問題有所改善，發(fā)現(xiàn)是程序之間優(yōu)先級(jí)相互影響的問題，多次嘗試之后，問題得到了最終解決。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)方面： 在將電機(jī)和太陽能電池板搭建之后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的扭矩第 12 頁無法承受太陽能電池板的質(zhì)量，在垂直方向上，太陽能電池板由于慣性，不受驅(qū)動(dòng)程序的控制，討論決定更換大扭矩電機(jī)或是小質(zhì)量的電池板，但是由于機(jī)械部分的電機(jī)支架已經(jīng)做好，再加工程序復(fù)雜，比較麻煩，最終決定更換小質(zhì)量的電池板。 確定好合適的太陽能電池板后，在進(jìn)行綜合調(diào)試時(shí)，

29、經(jīng)常出現(xiàn)夜間調(diào)試效果穩(wěn)定，追蹤精度較高，而白天則極不穩(wěn)定，經(jīng)常失控的現(xiàn)象，原因在于光敏電阻的靈敏度較高，對(duì)外界光線和模擬光線的區(qū)分度較弱，最后決定修改參數(shù)或是根據(jù)實(shí)際天氣情況對(duì)光敏電阻的角度和受光面進(jìn)行調(diào)節(jié)。 采用的自動(dòng)光源模擬太陽能時(shí)，光源系統(tǒng)速度太快，追蹤系統(tǒng)無法接受充分的陽光的照射，無法完成實(shí)時(shí)追蹤，影響追蹤精度，多次改良調(diào)試后，效果還是不理想，最終決定放棄用自動(dòng)光源系統(tǒng)，采用手電筒模擬太陽光，結(jié)果追蹤精度大大提高。第 13 頁第五章第五章 結(jié)論及展望結(jié)論及展望一個(gè)多月的學(xué)習(xí)時(shí)間很快過去了，從系統(tǒng)的總體構(gòu)思、設(shè)計(jì)到最后的加工、組裝、調(diào)試，我們不僅學(xué)會(huì)了很多專業(yè)知識(shí)，更懂得了許多團(tuán)隊(duì)協(xié)作和

30、自主學(xué)習(xí)創(chuàng)新的能力，經(jīng)過小組的集體努力，我們最終達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽光的實(shí)時(shí)追蹤，達(dá)到了太陽能電池板水平方向 360 度，垂直方向180 度的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了用蓄電池供電控制交通燈和路燈的控制要求，集觀賞性、實(shí)用性為一體，真正意義上達(dá)到了節(jié)能環(huán)保，本次課程設(shè)計(jì)是成功的。但是由于本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求比較高，而且課題研究的時(shí)間倉促，以及小組成員能力有限，因此還有很多地方存在著不足之處：（1）在功能上需要更加完善：本系統(tǒng)沒有設(shè)置報(bào)警裝置，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)不能做出報(bào)警動(dòng)作，這樣也會(huì)影響系統(tǒng)的追蹤質(zhì)量；系統(tǒng)的光源追蹤沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在一定程度上影響追蹤的精度，而且存在空間和地域的限制，可操作性

31、較差；交通模擬場(chǎng)景沒有完全的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，如可以讓車子、人還有娛樂設(shè)施都動(dòng)起來；整體系統(tǒng)的只涉及到了光控，可以再設(shè)計(jì)些音樂場(chǎng)景，如噴泉，增加視覺美感；系統(tǒng)沒有考慮的太陽能電池板的清潔問題，裸露在外的太陽能電池板表面清潔度難免會(huì)受外界環(huán)境的影響，從而影響追蹤和充放電的效率，影響整體功能。系統(tǒng)所采用直流減速電機(jī)，其控制精度不是很高，扭矩稍小，太陽能電池板在垂直方向存在一定的慣性運(yùn)動(dòng)，影響追蹤精度。（2）在機(jī)械裝置方面也存在問題：機(jī)械裝置能夠帶動(dòng)太陽板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是有限的，這樣也制約了追蹤的時(shí)間段。（3）從目前看來，收益并沒有想象中高，這是由太陽能電池板發(fā)展水平所限，這套系統(tǒng)在將來還是有不小的發(fā)展空間的

32、，而且太陽能畢竟是一種清潔能源，無論是在環(huán)?；蛘呖沙掷m(xù)發(fā)展上均有積極意義。為了解決能源危機(jī)，太陽自動(dòng)追蹤系統(tǒng)已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。在經(jīng)過研究之后，對(duì)其有了充分的了解，并相信太陽能必將成為世界能源的主體。因此，太陽自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的研究對(duì)解決能源危機(jī)具有重大的意義。盡第 14 頁管，目前的太陽追蹤系統(tǒng)還尚未成熟且太陽能電池板轉(zhuǎn)換效率不盡如人意，但也有了很大的進(jìn)步。希望有更多的人參與到這項(xiàng)研究中來，性能好、精度高、低成本的太陽自動(dòng)追蹤系統(tǒng)是我們的目標(biāo)。 致致 謝謝非常感謝郭玉萍老師、孫智超老師在我預(yù)備技師的最后學(xué)習(xí)階段 畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我們的指導(dǎo)，從最初的定課題、資料搜集、制作畢業(yè)設(shè)計(jì)、調(diào)試、寫

33、論文、修改、到論文定稿，他們給了我們耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及畢業(yè)論文，他們有時(shí)候毅然放棄自己的休息時(shí)間，他們的這種無私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他們表示我誠摯的謝意。同時(shí)，感謝所有電氣教研室的老師以及我們的班主任張琳娜老師以及所有這四年來給我的指導(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。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下。第 15 頁 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 牛昱光.單片機(jī)原理。電子工業(yè)出版社.2008.2242312 ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程。周立功

34、，北京航空航天大學(xué)出版社.2005.6 ARM嵌入式系統(tǒng)試驗(yàn)教程。周立功，北京航空航天大學(xué)出版社.2005.63 徐科軍。傳感器與檢測(cè)技術(shù)。電子工業(yè)出版社.2007.1081484 張強(qiáng)，吳紅星，謝宗武?；趩纹瑱C(jī)的電機(jī)控制技術(shù)。中國電力出版社.2008.2132385 孫茵茵，鮑劍斌，王凡.太陽自動(dòng)跟蹤器的研究.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2005.1571596 余海.太陽能利用綜述及提高其利用率的途徑.新能源研究及利用.2004.3437.7 李安定.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程.北京:北京工業(yè)出版社.20018 郭廷瑋，劉建民.太陽能的利用.北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.19879 魏保太.能源工程M.湖北

35、:華中理工大學(xué)出版社.1985.14614910 劉心.我國太陽能行業(yè)的發(fā)展情況，科技創(chuàng)業(yè)月刊.2002（8）.192011 袁林，呂鳳琴.我國住宅太陽能熱水器的應(yīng)用與發(fā)展.煤氣與熱力.2001（4）.32434412 由世俊，孫賀江等.中國太陽能資源及應(yīng)用潛力.城市環(huán)境與城市生態(tài).2002.575913 高峰，孫成權(quán).太陽能開發(fā)利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).世界科技研究與發(fā)展.2001.353914 黃寶圣.太陽能電池的新進(jìn)展，化學(xué)教育，20O0.7915 韓晶，石久勝.太陽能熱水供應(yīng)的現(xiàn)狀與發(fā)展.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào).2001.3233.16 中國資源綜合利用協(xié)會(huì).中國光伏發(fā)電的技術(shù)現(xiàn)狀及展望.可再生

36、能源.2002.58.17 胡勛良，強(qiáng)建科，余招陽.太陽光跟蹤器及其在采光中的應(yīng)用.電子技術(shù).2002.81218 張耀明.采集太陽光的照明系統(tǒng)研究.中國工程科學(xué).2002.6365第 16 頁附錄附錄 A ：程序：程序/*主函數(shù)*/ void main(void) U32 ADC_Data, ADC_Data1, ADC_Data2,ADC_Data3,ADC_Data4; int i=1; PINSEL0 = 0 x0308085; / 設(shè)置P0.0、P0.1連接到UART0的TXD、RXD、AIN3、定時(shí)器0和2的PWM0通道 PINSEL1 = 0 x0003F000; /AIN0、A

37、IN1、AIN2 IO0DIR=IN1|IN2|IN3|IN4|/* 進(jìn)行 ADC 模塊設(shè)置，其中 xn 表示第 n 位設(shè)置為 x(若 x 超過一位，則向高位順延) */ const U32 ADC_CR= ( 1 3 ) | / SEL = 1 ，選擇通道0( ( Fpclk / 1000000 - 1 ) 8 ) | / CLKDIV = Fpclk / 1000000 - 1 ，即轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為1MHz( 0 16 ) | / BURST = 0 ，軟件控制轉(zhuǎn)換操作( 0 17 ) | / CLKS = 0 ，使用11clock轉(zhuǎn)換( 1 21 ) | / PDN = 1 ， 正常工作模式(

38、非掉電轉(zhuǎn)換模式)( 0 22 ) | / TEST1:0 = 00 ，正常工作模式(非測(cè)試模式)( 1 24 ) | / START=1,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ( 0 27 );/*啟動(dòng)定時(shí)器，選通PWM通道*/ PWM0CON =0 x01; /使能PWM模式 T0PR =9; /9+1個(gè)Fpclk，TC增加一次 T0MCR=0 x17; /當(dāng)MR2和TC相等時(shí),TC復(fù)位 T0MR2=Fpclk/1000; /PWM的時(shí)鐘頻率為APB時(shí)鐘頻率的1/1000第 17 頁 T0MR0=T0MR2/5.5; /占空比為90% T0TCR=0 x02; /定時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位 T0TCR=0 x01; /定時(shí)器使能

39、PWM2CON =0 x01; /使能PWM模式 T2PR =9; /9+1個(gè)Fpclk，TC增加一次 T2MCR=0 x17; /當(dāng)MR2和TC相等時(shí),TC復(fù)位 T2MR2=Fpclk/1000; /PWM的時(shí)鐘頻率為APB時(shí)鐘頻率的1/1000 T2MR0=T2MR2/1.5; /占空比為90% T2TCR=0 x02; /定時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位 T2TCR=0 x01; /定時(shí)器使能 PLL_Init(); UART0_Init(); printf( nAD Convertn); printf(ADC0.0S VALUE:n );/*A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理*/ while(1) i=1; ADC_Data1=0; ADC_Data2=0; ADC_Data3=0; ADC_Data4=0 while(i=2) /*接收通道0傳送的信號(hào)*/ AD0CR = ADC_CR|(10