全天候太陽能跟蹤系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、畢業(yè)設計（論文）全天候太陽能跟蹤系統(tǒng)設計畢業(yè)設計誠信承諾書本人重承諾：我所呈交的畢業(yè)設計太陽跟蹤系統(tǒng)是在福教師的指導下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻，設計使用的數據真實可靠。承諾人簽名： 日期：年月46 / 49全天候太陽能跟蹤系統(tǒng)設計摘 要全天候太陽能跟蹤系統(tǒng)是針對太陽能空調、太陽能制氫、太陽輻照度測量、材料老化實驗、高效太陽能光伏發(fā)電、高效太陽能熱水器等需要對太陽進行實時跟蹤的應用領域而設計的。太陽能跟蹤系統(tǒng)的設計是綜合運用物理學、光學，運動學、控制理論等學科體現(xiàn)，是當前國外研究的熱點問題之一。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富

2、，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會與人類進入一個節(jié)約能源減少污染的時代。所以實現(xiàn)對太陽全天候跟蹤，是提高對太陽能運用，利用率有重大意義。本人制作全天候太陽能跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對太陽全方位跟蹤，具有兩個自由度的跟蹤能力。經過黑夜或陰天后，只要太陽一出即可跟蹤，工作可靠穩(wěn)定。該系統(tǒng)運用ATMEL公司AT89C52控制芯片，通過對運放器LM354N,LM358組成比較模塊對光敏電阻對光線的感應強度和設定基準電壓比較結果的檢測，并對檢測結果進行邏輯運算后，對負責方位角和高度角的步進電機進行控制，從而實現(xiàn)對太陽全方位跟蹤。1602液晶顯示模塊，顯示系統(tǒng)當

3、前的工作狀態(tài)與時間。在該論文中詳細闡述了控制系統(tǒng)的組成結構和工作原理。該方法利用九個光敏電阻對當前環(huán)境光線強度進行感應，在不同強度亮度下，光敏電阻的阻值不一樣，所以比較器的正輸入電壓也不同。如果跟蹤板不是正對的太陽，那么九個光敏電阻的阻值也不一樣，比較器正輸入的電壓也不一樣，如果正輸入電壓高于設定的基準電壓，比較器將輸出一個信號給單片機，單片機根據比較器輸入的信號進行邏輯運算，然后控制相應步進電機旋轉，直到九個光敏電阻感應光線強度一樣。在接受控制電路中引入單片機，通過充分利用其軟、硬件資源，使系統(tǒng)具有優(yōu)異的智能性、可擴展性、可升級性和操作方便，為對太陽全天候跟蹤提供了合理、廉價的解決方案等特點

4、。最后進行了系統(tǒng)聯(lián)合調試，結果表明：系統(tǒng)的軟、硬件設計合理可行，為后續(xù)的研究工作奠定了基礎。關鍵詞：光敏電阻組合檢測元件 比較器模塊 單片機（AT89C52） 液晶顯示屏（1602）All-weather Solar Tracking SystemABSTRACTAll-weather solar tracking system for solar air conditioning、Solar hydrogen production、Solar irradiance measurements、materials aging test、solar photovoltaic、 solar wate

5、r heaters and other high need for solar applications in real-time tracking designed.Solar Tracking System is a comprehensive application of physics, optics, kinematics, control theory and other disciplines reflected, is the current hot topic of research at home and abroad. Solar is an energy, is ren

6、ewable energy. It is rich in resources, both free, then no transport, no pollution on the environment. To create a new human life forms, and human society into a era of energy conservation to reduce pollution. So, all-weather track to realize the sun is to improve the use of solar energy, utilizatio

7、n of great significance。I made all-weather solar tracking system, the system can track the sun all-round, with two degrees of freedom tracking. Through the night or cloudy days, the only one you can track the sun, reliable stability.ATMEL Corporation AT89C52 use of the system control chip, through t

8、he op amp device LM354N, LM358 module composed of relatively light on the photosensitive sensor resistance on the intensity and set the comparison reference voltage detection, and test results of logical operations, the responsible position angle and elevation angle of the stepping motor control, in

9、 order to achieve full-track the sun. 1602 LCD Module, Display System on the current work status and time. In the method described in detail the composition of the control system structure and working principle. The method uses nine photosensitive resistance on the current ambient light intensity se

10、nsor, at different intensity of light, the photosensitive resistor not the same, so the positive comparator input voltage is different. If the trackpad is not working on the sun, then the resistance of nine photosensitive not the same, the comparator input voltage is not the same, if the input volta

11、ge is higher than the set reference voltage, the comparator will output a signal to the SCM, SCM comparator input signal according to logical operations, and then control the corresponding stepper motor rotation, until 9 photosensitive resistance as light intensity sensor.In an interview with the in

12、troduction of single chip control circuit, by taking advantage of its software and hardware resources, the system has superior intelligence, scalability, scalable and easy to operatly weather Genzong the sun provides a reasonable, affordable solutions characteristics.Finally, a joint trial, the resu

13、lts show that: the system software and hardware design is reasonably practicable, for the follow-up research foundation.Key words: photosensitive detection elements combined resistance comparator module microcontroller (AT89C52) liquid crystal display (1602)目 錄摘要IABSTRACT II1 概論11.1 太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀11

14、.2 太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)設計思想11.3 太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)研究意義21.4 研究目標.研究容與擬解決關鍵問題22 系統(tǒng)主控制器22.1 主控制器選用22.2 控制器介紹32. 3AT89C5233 系統(tǒng)顯示模塊53.1 顯示模塊選用54 驅動元件74.1 直流電機與步進電機的比較74.2 步進電機控制原理74.3 步進電機正反轉控制時序85 比較器與光敏電阻96 檢測模塊設計106.1方案106.1方案論證116.2 光敏電阻與板夾角117 太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)電源設計127.1 方案127.2 方案論證128 系統(tǒng)組成原理128.1 接收系統(tǒng)128.2 用戶控制系統(tǒng)148.3顯示系統(tǒng)1

15、49系統(tǒng)軟件設計159.1軟件流程圖159.2程序清單18結束語33參考文獻34附錄35辭361 概論太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會與人類進入一個節(jié)約能源減少污染的時代。所以實現(xiàn)對太陽全天候跟蹤具有重大意義。11太陽全天候跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀目前對太陽進行跟蹤的儀器有：Ø 單軸太陽能自動跟蹤器 Ø 步進式太陽能自動跟蹤Ø 可自動跟蹤的太陽灶Ø 五像限法太陽自動跟蹤儀Ø 單軸液壓式自動跟蹤Ø 極軸式跟蹤不足：結構復雜，跟蹤精度不高，不能全自動

16、跟蹤1.2太陽跟蹤系統(tǒng)的設計思想Ø 檢測規(guī)劃檢測規(guī)劃是跟蹤系統(tǒng)的一個重要問題。它的目標是在一個光亮強度差不多環(huán)境中，為跟蹤系統(tǒng)尋找太陽的具體位置。一個重要的解決方法就是采用多元法三維，多元法三維就把檢測系統(tǒng)接受板分成九個單元，太線從不同角照射到接受板，檢測元件感應光線強度不同。當考慮到元件誤差時，跟蹤系統(tǒng)與太陽實際位置可能會出現(xiàn)偏差。Ø 定位步進電機的步進角，是太陽跟蹤系統(tǒng)精確定位的一個基本問題，也可以說，太陽偏移一個微小的角度，步進轉動角度應該比太陽偏移角度相等，這就要求步進電機的步進角要足夠小。1.3全天候太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究意義：燃燒煤炭，石油等能源不僅污染環(huán)境，而且

17、它們屬于不可再生能源，照2003年的煤炭開采速度，中國的煤炭再開采80多年即將枯竭。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。作為能源消耗大國，如何提高對太陽能利用率是解決能源危機的可行方法之一。設計一個對太陽實現(xiàn)全天候跟蹤系統(tǒng)，是提高太陽能利用率根本方法。本研究課題是集機電、光學，計算機，控制理論為一體的，體現(xiàn)了電子信息專業(yè)多學科相結合，相互滲透的特點。科技以人為本，是為人類服務的，本人設計的太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)充分的體現(xiàn)了該特點，體現(xiàn)出人類與環(huán)境的和平相處，解決能源危機，造福于人類和社會，所以太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)是值得研究和實際運用的。本課

18、題的研究成功，對創(chuàng)建能源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會具有較大的意義，也有較好的市場發(fā)展前景1.4研究目標、研究容和擬解決的關鍵問題Ø 研究的目標本課題主要是利用單片機知識，設計一個太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)，其突破點在對太陽精確位置檢測的系統(tǒng)的設計、步進電機動作指令系統(tǒng)（與太陽同步偏移）的設計、實時顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)與人性化時間調節(jié)的設計。Ø 研究的關鍵問題本課題需要重點研究的、關鍵的問題與解決的思路l 太陽高度角跟蹤的實現(xiàn)。l 太陽方位角跟蹤的實現(xiàn)。l 經過陰雨天氣后，太陽一出來立即跟蹤的實現(xiàn)。l 人性化界面的設計，分為人與單片機溝通和時間顯示程序。Ø 總體分析方案的設計：太

19、陽控制系統(tǒng)總體方案的設計主要涉與到核心控制器和外圍器件的選擇和應用，外圍零部件的選用，電源供電方案的確定等，這些因素的確定有益于系統(tǒng)開發(fā)初期具體方案的實施。2 系統(tǒng)主控制器2.1主控制器的選用本系統(tǒng)的主要控制器件采用89C52單片機。在51系列的單片機中，目前很流行一種含flash程序存儲器的單片機。因為有flash程序存儲器，可以通過編程器十分方便的寫代碼或擦除代碼，擦除次數達10000次以上，而且還提供了禁止讀寫兩層技術，其空間大小從1KB到64KB不等，有的甚至更大。這種芯片一般都提供了片上和在線修改的功能。該系列的芯片，創(chuàng)建的有138B或256B的片RAM，當處理的數據不十分復雜時，一

20、個芯片就組成了一個最小的單片機系統(tǒng)。89C5X型單片機既節(jié)省了數據線和存儲器等外圍器件，縮小了嵌如式系統(tǒng)的體積，又提高了工作的可靠性、開發(fā)的方便性和程序的性，其價格也便宜。基于以上原因和這次研究系統(tǒng)的實際情況，選擇該系列的89C52單片機作為水面打撈垃圾機器人的核心控制器件。2.2控制器的介紹 目前有許多種類的微控制器，微控制器的組成與一般的計算機一樣，其動作也由程序來完成。如圖2-1所示的微處理器有輸入、輸出、存儲、運算與控制功能，輸入、輸出僅由端口出入。在存儲器以外可以追加外部存儲器。如圖虛線所包圍的部分相當于一個微控制器控 制運 算存 儲輸 入輸 出外部存儲圖2-1 單片機的構成微控制器

21、在機器人中完成的主要功能是：首先，把由光傳感器或超聲波傳感器、無線接收機取得的信號通過微控制器的輸入端口讀入。然后，根據存儲器所存儲的程序進行運算、控制，再將結果作為信號從輸出端輸出。輸出信號通過電子電路使執(zhí)行機構（電機、繼電器）動作。在上述過程中，微控制器與電氣電路之間的橋梁被稱為接口，其任務是通過輸入輸出端口實現(xiàn)信號的進出。微控制器根據寫入存儲器的程序產生不同的動作，而程序則是根據微控制器部的“0”和“1”所組合成的二進制數進行操作。在電路中，二進制數“1”表示高電壓狀態(tài)，“0”表示低電壓。換句話說，可將開關的狀態(tài)變化表示為“0”和“1”兩種方式，計算機通過許多種開關的組合來表示。2.3

22、AT89C522.3.1 89C52的特點89C52是一種小型單片機。其主要特點為：采用Flash儲存器技術，降低了制造成本；其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，其程序的電可擦特性，使得開發(fā)與試驗比較容易。圖2-2 AT89C52引腳圖在引腳的驅動能力上，89C52具有很強的下拉能力。P1、P3的下拉能力均可達到20mA；相比之下，89C51/87C51的端口下拉能力最大只有15 mA，而且限定9腳電流之間要小于81 mA，這樣，引腳的平均電流只9 mA。89C52驅動能力的增強，使得它可以直接驅動LED數碼管。對于一些不太復雜的控制電路，我們就可以增加少量元件來實現(xiàn)，例如，對溫度的控制，過壓

23、的控制等。2.3.2 89C52單片機的電源系統(tǒng)89C52有很寬的工作電源電壓，當工作在3V時，電流相當于6V工作時的1/4。89C52工作于12MHZ時，動態(tài)電路為5.5mA，空閑態(tài)電流為1 mA，掉電狀態(tài)電流僅為20nA。這樣小的功耗很適合電池供電的小型控制系統(tǒng)。2.3.3 89C52單片機的儲存系統(tǒng)89C52單片機含有4K字節(jié)的Flash程序存儲器，128字節(jié)的片RAM，與80C31部類似。由于52部設計全靜態(tài)工作，所以允許工作的時鐘為020MHZ，也就是說，允許在低速工作時，不破壞RAM容。相比之下，一般8031對最低工作時鐘限制為3.5MHZ，因為其部的RAM是動態(tài)刷新的。2.3.4

24、 89C2051單片機的部I/O控制89C52有32個I/O線，在部I/O控制上繼承了MCS-31的特征：5路三級中斷源結構，1個全雙工串行口，2路16位定時器/計數器。3 系統(tǒng)顯示模塊3.1顯示模塊選用顯示模塊有數碼顯示和液晶屏顯示，顯示同樣字符，數碼管占用單片機資源比液晶屏多很多，功耗也大很多。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表與很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在單片機系統(tǒng)中應用液晶顯示器作為

25、顯示器件有以下幾個優(yōu)點：l 顯示質量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。l 數字式接口    液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕，液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比一樣顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。l 功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。l 字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復雜，

26、因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據在LCD上開始顯示的行列號與每行的列數找出顯示RAM對應的地址，設立光標。   字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本系統(tǒng)采用1602字符型液晶顯示器，圖1，圖2，圖3分別是1

27、602的實物，顯示地址，字符代碼與圖形對應圖。Ø 圖3-1 液晶屏顯示Ø圖3-2 1602LCD部顯示地址表3-1字符代碼與圖形對應圖4 驅動元件4.1直流電機與步進電機的比較電機是我們的生活中不可或缺的動力源，常用的有交流電機，步進電機和直流電機。直流電機是日常生活中廣泛使用的一個電氣產品，太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)跟蹤太陽這樣的動作，需要能進行轉動控制和立刻停止控制的電路，實際常采用微控制器和專用IC芯片。單獨使用直流電機尚不能達到精確的定位控制，只有將它與旋轉編碼器組合起來，才能實現(xiàn)精確的位置控制和速度控制。步進電機是一種能夠根據脈沖（通常為方波）控制轉角和轉速、并適合微控

28、制器控制的電機。步進電機（也稱脈沖電機）是一種跟蹤給定脈沖信號轉動的電機。因此，單純向它施加電壓是不會導致轉動的。換句話說，要使它轉動必須借助控制電路，在這個控制電路中，往往需要微控制器或專用芯片。步進電機能根據給定的脈沖信號實現(xiàn)精確的定位控制，而且即使在停止時也有制動轉矩，這些特性全天候跟蹤系統(tǒng)轉動控制都是很有利的。由于全天候控制系統(tǒng)是隨的太陽轉動的，因為太陽離地球太遠了，在很短時間，檢測系統(tǒng)是感覺不到太陽在移動，需過一段時間才能感覺到太陽已經偏移原來位置，所以要求電機隔一段時間轉一個角度后馬上停下來。綜合上面對直流和步進電機的性能等進行的比較分析，我選用步進電機。4.2步進電機控制原理步進

29、電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構，它的用途是將電脈沖轉化為角位移，通俗地說：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（與步進角）。通過控制脈沖個數即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。l 結構： 電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。 0、1/3、2/3,（相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3，C與齒3向右錯開2/3，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1） l 旋轉

30、： 如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉子不受任何力以下均同）。 如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉子向右移過1/3，此時齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。 如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3，此時齒4與A偏移為1/3對齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3 這樣經過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉子向右轉過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機就每步（每脈沖）1/3,向右旋轉。如按A，C，B，A通電，電機就反轉。 由此可見：

31、電機的位置和速度由導電次數（脈沖數）和頻率成一一對應關系。而方向由導電順序決定。 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音與減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3改變?yōu)?/6。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3變?yōu)?/12，1/24，這就是電機細分驅動的基本理論依據。 不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制這是旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。 l 力矩： 電機

32、一旦通電，在定轉子間將產生磁場（磁通量）當轉子與定子錯開一定角度產生力 F與（d/d）成正比 S 其磁通量=Br*S Br為磁密，S為導磁面積 F與L*D*Br成正比 L為鐵芯有效長度，D為轉子直徑 Br=N·I/R N·I為勵磁繞阻安匝數（電流乘匝數）R為磁阻。 力矩=力*半徑 力矩與電機有效體積*安匝數*磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)） 因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。 圖5是兩相步進部結構 圖4-1 同步電機電路與外形 4.3步進電機的正反轉動控制時序l 8拍的方式八個狀態(tài)：1、在A與A-正電壓，B與B-不給電懸空；2、

33、在A與A-正電壓，B與B-也給正電壓；3、A與A-不給電壓懸空，B與B-正電壓；4、A與A-給負電壓，B與B-給正電壓；5、A與A-給負電壓，B與B-不給懸空；6、A與A-給負電壓，B與B-給負電壓；7、A與A-不給電懸空，B與B-給負電壓；8、A與給正電壓，B與B-給負電壓；按以上八個狀態(tài)輪流供電，控制一下脈寬應該就可以了。 四個引腳各一根控制線：AH表示各線時序         A     B     C D  

34、   E     F     G     HA       1     1     0     0     0     0     0  &

35、#160; 1A-      0     0     0     1     1     1     0     0B       0     1 &

36、#160;   1     1     0     0     0     0B-      0     0     0     0     0  &

37、#160;  1     1     1l 4拍的方式兩相雙二拍：兩相四拍時序： A B C DA 1 0 0 1A- 0 1 1 0B 1 1 0 0 B- 0 0 1 1要實現(xiàn)電機反轉，只要相應時序取反即可。本系統(tǒng)采用步進電機型號:2S42Q-03848,具體參數如表4-1所示。表4-1 步進電機型號:2S42Q-03848的技術參數5 比較器與光敏元件5.1 比較器電壓比較器可以看作是放大倍數接近“無窮大”的運算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的

38、大小關系)： 當”輸入端電壓高于”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當”輸入端電壓低于”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數字電路的接口，還可以用作波形產生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡單的電壓比較器結構簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此人們就要對它進行改進。改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數”，比如放大倍數，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較

39、器輸入是線性量，而輸出是開關（高低電平）量。一般應用中，有時也可以用線性運算放大器，在不加負反饋的情況下，構成電壓比較器來使用。5.2 光敏電阻光敏（photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子空穴對增加了半導體材料中載流子的數目，使

40、其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產生的電子空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。6 檢測模塊設計檢測模塊檢測準確性是太陽能全天候跟蹤準確跟蹤的基礎，所以太陽定位十分重要。6.1方案：l 最大能量積分，如圖6-1所示。l “多元法三維”太陽自動跟蹤系統(tǒng)如圖6-2所示。l 兩者結合如圖6-3所示。 圖6-1 “多元法”太陽能定位裝置圖 圖6-2 單方向定位裝置示意圖圓筒里面光敏電阻光敏電阻圖6-3 “二者結合”示意圖6.2方案論證三種方案逐一比較，“兩者結合”方案控制方便，檢測準確，而且制作簡單，所以檢測模塊的太陽定位模式采用“二者結

41、合”的方案。6.3光敏電阻與板的夾角q正中央的光敏電阻中心線與電池板垂直，最邊上的兩上光敏電阻的連線與板的夾角q可由下公式確定 ：a某地黃昏時電池板與地面的夾角，（電池板的極大轉角）b當地早晨光線與地面的夾角（太陽高度角）R半圓柱體的半徑L電池板的長度圖6-4 q角的計算圖7 全天候太陽能跟蹤系統(tǒng)的電源設計電源供給系統(tǒng)是為太陽跟蹤系統(tǒng)步進電機提供能源的裝置，而在本系統(tǒng)中既涉與到信號電信號，又涉與到功率電信號，為了保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定正常的工作，電源的設計部分也是一個關鍵要解決的問題。7.1方案：綜合電源的質量、重量與價格等因素，選用220V TO 15V集成電源模塊組作為15V直流電源，5V是15

42、V電源經LM7805線性穩(wěn)壓得到。在信號處理的部分，由于單片機和檢測模塊需要的是5V的電源，而電機驅動部分需要的是15V的電源，所以我們在系統(tǒng)中采用LM7805模塊，實現(xiàn)了15V和5V的轉換，如圖7-1所示。圖7-1 電源電路圖7.2方案論證：此方案在接通電源后LM7805發(fā)熱量大，造成功耗很大，太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)中，電動機為強干擾源，電壓源共地很容易給單片機系統(tǒng)帶來干擾。為了提高單片機系統(tǒng)的可靠性就采用獨立的5V電壓給單片機供電，而單片機系統(tǒng)所需的5V直流電源則由4節(jié)超霸蓄電池串聯(lián) (畢業(yè)演示時由電腦USB) 提供，其電壓圍為4.7V5.4V且電壓波動很小，很適合單片機系統(tǒng)的供電。8 系統(tǒng)

43、的組成原理8.1接收系統(tǒng)本課題接收系由運算放大器LM324N、LM358，可調電阻，光敏電阻，普通電阻組成。電路原理圖如圖8-1所示。接收系統(tǒng)主要功能是對不同強度光線進行感應，把強度轉化成電壓伏特值，將把感應的伏特值與我們設定的基準電壓進行比較。如果感應的伏特值比我們設定的值，接收系統(tǒng)將輸出一個信號給單片機，單片機接收到該信號后進行處理，然后控制步進電機旋轉接收板沿光線強烈地方轉，直到九個感敏電阻感應光線強度一樣。該電路中的核心元件是光敏電阻，它可以把不同強度光線轉化成不同幅值的電壓。合適調整可調電阻的值，當照到光敏電阻R1比照到光敏電阻R2或其他光敏電阻，比較器LM324或LM358將輸出一

44、個信號給單片機。也即照到這個九個光敏電阻光線強度不一樣。單片機將會控制接收板向強度地方偏轉，直到它們受光強度一樣。（不要遮光板，光強能有差別嗎？）光敏電阻R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9感應環(huán)境光度，耦合比較器LM324N,LM358進行比較，從比較器P1.0-P1.7,P3.1端輸出比較數據。P1.0-P1.7,P3.1端輸出的數據送至單片機的P1.0P1.7，P3.1中。單片機根據輸入數據進行處理，然后通過P2.4-P2.7,P3.5-P3.6輸出控制信號，控制步進電機旋轉。圖81 接收系統(tǒng)的電路原理 8.2 用戶控制系統(tǒng)用戶控制系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)設定系統(tǒng)時間，系統(tǒng)根據

45、用戶設定時間旋轉接收板，實現(xiàn)全天候跟蹤太陽。按鍵與單片機輸入端口與相應功能對應關系如表82所示。表82 按鍵與單片機輸入端口與相應功能對應關系開關按鍵單片機端口對應功能 K1 P3.3 調節(jié)時間按鈕K2 P3.7 確定時間K3 P2.4 時間的增減系統(tǒng)默認時間是00:00，當系統(tǒng)通電時，如果時間與實際時間不對，用戶可以通過控制按鈕進行時間調整。當按下K1鍵時，系統(tǒng)進入調節(jié)時間狀態(tài)，按K3鍵進行時間調整。系統(tǒng)首先對小時進行調整，用戶每按K3一次，系統(tǒng)增加一小時，并且蜂鳴器“滴“一聲，提醒用戶系統(tǒng)時間已經增加1了。小時調整完畢，用戶按K2進行確認，同時蜂鳴器”滴“一聲，系統(tǒng)進入分鐘調整，同樣，用戶

46、每按K3一次，系統(tǒng)時間增加一分鐘，同時蜂鳴器也滴一聲。當時間調整完畢，用戶按K1，蜂鳴器”滴“一聲系統(tǒng)退出時間調整狀態(tài)，如圖8-2所示。圖8-2 按鈕與蜂鳴器原理圖：8.3 顯示系統(tǒng)單片機剛上電，顯示屏顯示太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)（Automatic Tracked，System of Sun），過了3秒鐘，顯示系統(tǒng)當前時間和工作狀態(tài)。當電機轉動時，顯示自動跟蹤，運行狀態(tài)（Automatic Tracked，RUNNING，當前時間），當電機停止時,顯示（Automatic Tracked，STOP和當前時間）。顯示屏與單片機連接原理圖如圖8-3所示。圖8-3 顯示屏與單片機連接原理圖9系統(tǒng)軟件的

47、設計9.1系統(tǒng)軟件的設計系統(tǒng)軟件的設計主要是通過C語言編程實現(xiàn)單片機對步進電機控制以與系統(tǒng)狀態(tài)的顯示。軟件設計流程圖如圖9-1所示。開 始LCD初始化端口初始化開中斷P1.3=1或p1.7=1YSEK4=1&K3=0或K8=1&K7=0電機向東轉并顯示RUNNINGNOP1.2=1或P1.6=1YESK3=1&K4=0或K7=1&K8=0電機向西轉并顯示 RUNNING返回并重新檢測各輸入端口NOP3.1=1電機停止轉動并顯示STOPNOYES圖9-1 軟件設計流程圖中斷處理關中斷P2.3=0P3.7=1P2.3=0加一小時同時響一聲開中斷并返回加一分鐘同時響一聲P3.7=1YSEYESYESYSENONONO NO圖9-2 外部中斷2中斷處理中斷處理P3.3輸脈沖顯示時間退出中斷并返回退出中斷并返回 定時器1中斷 定時器0中斷圖9-3 外部中斷2 圖9-4 外部中斷29.2程序清單：#include <reg51.h> /51芯片管腳定義頭文件#include <intrins.h> /部包含延時函數 _nop_();#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#