太陽能自動(dòng)追光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)樣本

目錄摘要 1核心詞 1Abstract 1Keywords 1引言 21太陽能自動(dòng)追光系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 31.1太陽運(yùn)營規(guī)律 31.2跟蹤器機(jī)械執(zhí)行某些比較選取 31.3本課題機(jī)械設(shè)計(jì)方案 51.4跟蹤方案比較選取 61.5本設(shè)計(jì)跟蹤方案 82.1太陽能自動(dòng)追光系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方案 82.2齒輪選取 82.3底座設(shè)計(jì) 102.4中心軸選取 112.5軸承選取 112.6抗風(fēng)性分析 123控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 133.1系統(tǒng)總體構(gòu)造 133.2光電轉(zhuǎn)換器 143.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 143.4單片機(jī)及其外圍電路 163.5系統(tǒng)流程圖 194系統(tǒng)軟件流程及調(diào)試 204.1主控制模塊軟件設(shè)計(jì) 204.2光電跟蹤模塊程序設(shè)計(jì) 214.3視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤模塊程序設(shè)計(jì) 224.4實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)分析 235結(jié)論 24參照文獻(xiàn) 26道謝 27太陽能自動(dòng)追光系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生韋忠爽指引教師侯建華摘要：當(dāng)前，太陽能運(yùn)用裝置放置位置大多是固定不變，而一天當(dāng)中太陽與太陽能運(yùn)用裝置相對位置是時(shí)刻變化，這也就無法保證太陽能運(yùn)用裝置時(shí)刻受到陽光直射，從而使太陽光能運(yùn)用率大大減少。為了提高太陽能運(yùn)用率，設(shè)計(jì)一種循日追光系統(tǒng)，使太陽能運(yùn)用裝置最大限度運(yùn)用太陽光能。本文對太陽能跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)控制某些設(shè)計(jì)，機(jī)械某些分設(shè)計(jì)重要是通過步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)2共同工作實(shí)現(xiàn)對太陽跟蹤；控制某些設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用光電檢測追蹤模式，配合機(jī)械裝置使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)追蹤精度。核心詞：太陽能；循日追光；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；單片機(jī)TheDesignofAutomaticTrackingSystemStudentmajoringinMechanicalandelectricalengineeringLiYanTutorHouJianhuaAbstract：Atpresent，thesolarenergyutilizationdeviceplacedmostofthepositionisfixed,butthesunandsolarenergyutilizationoftherelativepositionofthedeviceisever-changingintheday，thisistoguaranteethesolarenergyutilizationdevicemomentisdirectsunshine，sothatthesunlightenergyutilizationgreatlyreduced.Inordertoimprovetheutilizationrateofsolarenergy，designasystemofsolartracking，tomakesolarenergyutilizationdevicemaximumuseofthesunlightenergy.Thesolartrackingsystemofthemechanicalpartandcontrolsystempartaredesigned.Themechanicalpartdesignistorealizethesuntrackingthroughthejointworkofsteppermotor1andsteppermotor2；thecontrolpartdesignistheautomaticcontrolsystembasedonsinglechip，usingphotoelectricdetectiontrackingmode，withthemechanicaldevicetomakethesystemmorestable，improvethesystemtrackingaccuracy.Keywords：SolarEnergy；SolarTracking；StepperMotor；SCM引言隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，自然資源被人為任意開發(fā)和運(yùn)用，面臨枯竭境地，人類生活環(huán)境在大量自然資源使用過程中面臨巨大威脅，由于人類對自然資源需求越來越高，因而，尋找可代替新能源成為當(dāng)務(wù)之急。太陽能是一種干凈環(huán)保并且取之不盡用之不竭可再生新能源，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展這種趨勢，太陽能在人類生活中起到越來越重要作用。于是，合理開發(fā)并提高太陽能運(yùn)用率具備非常重要意義。眾所周知，太陽在一天中位置由東向西發(fā)生著變化，而當(dāng)前太陽能運(yùn)用裝置擺放位置大多是固定不變，這也就無法使太陽能運(yùn)用裝置時(shí)刻正對著太陽，太陽光也就無法時(shí)刻直射到其上面。因而，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)循日智能型太陽能追光系統(tǒng)，使太陽能運(yùn)用裝置最大限度提高太陽能運(yùn)用率。自動(dòng)追光系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為基本，工作可靠穩(wěn)定，可以精準(zhǔn)追蹤太陽，使太陽光在一天當(dāng)中始終直射到太陽運(yùn)用裝置上，最大限度提高太陽能運(yùn)用率。此裝置運(yùn)用廣泛，可在太陽能發(fā)電站、太陽能電池、太陽能路燈、太陽能熱水器等方面使用。1太陽能自動(dòng)追光系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案1.1太陽運(yùn)營規(guī)律太陽在一天中位置變化是周期性，是可以被預(yù)測。由于地球自轉(zhuǎn)和地球繞太陽公轉(zhuǎn)，使太陽相對于地面物體是運(yùn)動(dòng)。由于地球極軸與黃道天球極軸存在27度夾角，使得太陽赤尾角在一年當(dāng)中發(fā)生變化。夏至?xí)r赤緯角最大為23度27分，并開始減??；到秋分時(shí)赤緯角又變?yōu)?，并繼續(xù)減?。欢?xí)r這個(gè)角為23度27分，然后逐漸增大，到春分時(shí)變?yōu)?并繼續(xù)增大，直到夏至，另一種變化周期開始。1.2跟蹤器機(jī)械執(zhí)行某些比較選取分析考慮成本、跟蹤器機(jī)械執(zhí)行某些等各方面問題，有如下幾種跟蹤器。(一)陀螺典禮跟蹤器12a12aBCⅡⅠ北南東北BCⅡⅠ北南東北1-馬達(dá)2-馬達(dá)Ⅰ-傳動(dòng)箱Ⅱ-傳動(dòng)箱a-接受器B-環(huán)形支架C-支架圖1-1陀螺典禮跟蹤器跟蹤器所具備構(gòu)造:傳動(dòng)箱Ⅰ安裝在支架上,并將其固定；馬達(dá)1安裝在傳動(dòng)箱Ⅰ上，傳動(dòng)箱Ⅰ內(nèi)部是由蝸桿、蝸輪構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副，馬達(dá)1輸出軸連接蝸桿，環(huán)形支架安裝在支架上面(環(huán)形支架相對于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng))，傳動(dòng)箱Ⅰ輸出軸連接環(huán)形支架，傳動(dòng)箱Ⅱ固定安裝在環(huán)形支架上，馬達(dá)2安裝在傳動(dòng)箱Ⅱ上，傳動(dòng)箱Ⅱ內(nèi)也是由蝸桿、蝸輪構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副。馬達(dá)2輸出軸連接蝸桿，接受器安裝在環(huán)形支架上面(接受器相對于環(huán)形支架可以轉(zhuǎn)動(dòng))，傳動(dòng)箱Ⅱ輸出軸連接接受器[1]。跟蹤器朝向安裝有諸各種選取，依照圖中所示安裝，跟蹤器執(zhí)行原則如下：當(dāng)太陽光線偏離發(fā)生時(shí)，所述控制某些會(huì)發(fā)出信號，此信號會(huì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)2帶動(dòng)傳動(dòng)箱Ⅱ中蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)接受器輸出相對于支撐環(huán)旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽從東到西運(yùn)動(dòng)，在同一時(shí)間，控制某些發(fā)出信號驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1帶動(dòng)傳動(dòng)箱Ⅰ中蝸桿和蝸輪旋轉(zhuǎn)，第二次輸出帶動(dòng)環(huán)支撐架和接受器旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽北部和南部方向運(yùn)動(dòng)，從而最后實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向太陽跟蹤。系統(tǒng)優(yōu)勢：跟蹤機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡樸。追蹤在兩個(gè)方向上，使用蝸桿和蝸輪副傳動(dòng)，傳動(dòng)比大，構(gòu)造緊湊，可以使用小功率電動(dòng)機(jī)，且同一時(shí)間，使用小功率電動(dòng)機(jī)，不但減少能源成本和制導(dǎo)致本，并且提供足夠電力;蝸桿蝸輪對自鎖性能好，可防風(fēng)防雨。構(gòu)造緊湊，運(yùn)動(dòng)空間是很大。傳動(dòng)裝置安裝在傳動(dòng)箱，受到了良好保護(hù)，提高了設(shè)備使用壽命。(二)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器aaⅡ21ⅠDB2B1AⅡ21ⅠDB2B1A1-馬達(dá)2-馬達(dá)Ⅰ-小齒輪Ⅱ-小齒輪a-接受器A-主軸B1-齒圈B2-齒圈D-轉(zhuǎn)動(dòng)架圖1-2齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤器該機(jī)構(gòu)構(gòu)造：馬達(dá)1輸出軸與小齒輪Ⅰ連接并將馬達(dá)1固定在支架上，小齒輪Ⅰ與齒圈B1相嚙合且齒圈B1連接到安裝在支架上主軸，而馬達(dá)2安裝在主軸前部一塊板上，馬達(dá)2輸出軸連接小齒輪Ⅱ，小齒輪Ⅱ與連接著轉(zhuǎn)動(dòng)架齒圈B2嚙合，且轉(zhuǎn)動(dòng)架安裝在主軸上[2]。機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤原理：當(dāng)太陽光線偏離發(fā)生時(shí)，控制某些所發(fā)出控制信號驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1，進(jìn)而帶動(dòng)小齒輪Ⅰ轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪會(huì)帶動(dòng)齒圈B1和主軸A轉(zhuǎn)動(dòng)；在同一時(shí)間，控制信號會(huì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)2帶動(dòng)小齒輪Ⅱ轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而小齒輪Ⅱ帶動(dòng)齒圈B2和轉(zhuǎn)動(dòng)架D轉(zhuǎn)動(dòng)，通過馬達(dá)1、馬達(dá)2共同努力實(shí)現(xiàn)對太陽方位角和高度角跟蹤。系統(tǒng)優(yōu)勢：該跟蹤機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡樸，成本低。在兩個(gè)方向跟蹤，都運(yùn)用齒輪副傳遞動(dòng)力，在同一時(shí)間，使用功率較小馬達(dá)，不但傳遞足夠大動(dòng)力，并且減少了其能源成本和制導(dǎo)致本；盡管使用了半個(gè)齒圈，然而能在緊湊構(gòu)造下獲得了較大傳動(dòng)比。本系統(tǒng)構(gòu)造緊湊，運(yùn)動(dòng)空間是很大。(三)立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器該跟蹤器所具備構(gòu)造：將在底座上固定好大齒輪與小齒輪嚙合，且小齒輪與馬達(dá)1輸出軸連接，主軸與它支撐軸承分別安裝在底座上面。在轉(zhuǎn)動(dòng)架上將馬達(dá)1固定好，在主軸上將轉(zhuǎn)動(dòng)架與支架都固定好，將接受器、馬達(dá)2相繼安裝在支架上面，馬達(dá)2輸出軸與接受器互相連接[3]。跟蹤器所實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追循原理：當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時(shí)，控制某些將控制信號發(fā)出，來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于大齒輪是固定，那么小齒輪不但自轉(zhuǎn)，并且繞大齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)架轉(zhuǎn)動(dòng)，同步將固定在轉(zhuǎn)動(dòng)架上主軸、支架與接受器也發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)；在同一時(shí)間，通過控制信號來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)2，并且?guī)?dòng)接受器轉(zhuǎn)動(dòng)，通過馬達(dá)1和馬達(dá)2共同努力來實(shí)現(xiàn)對太陽方位角和高度角跟蹤。aaAE12CF1E2DAE12CF1E2D1-馬達(dá)2-馬達(dá)a-接受器A-主軸C-支架D-轉(zhuǎn)動(dòng)架E1-大齒輪E2-小齒輪F-底座圖1-3立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器系統(tǒng)優(yōu)勢：該跟蹤機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡樸，成本低。對于方位角跟蹤，運(yùn)用齒輪副傳遞動(dòng)力，在同一時(shí)間，使用功率較小馬達(dá)，不但傳遞足夠大動(dòng)力，并且減少了其能源成本和制導(dǎo)致本。它構(gòu)造緊湊，剛度較高,傳動(dòng)裝置安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)架下，受到了良好保護(hù)，有助于提高它壽命。1.3本課題機(jī)械設(shè)計(jì)方案圖1-4為機(jī)械設(shè)計(jì)方案，該機(jī)構(gòu)構(gòu)造：在支架上馬達(dá)1固定好，馬達(dá)1輸出軸與小齒輪1連接，小齒輪1與大齒輪嚙合。把齒輪連接到主軸上，將主軸固定安裝在支架上，在主軸前端板上將馬達(dá)2安裝，馬達(dá)2輸出軸與小齒輪2相嚙合，小齒輪2與齒圈是嚙合，齒圈連接著太陽能板，在主軸上將旋轉(zhuǎn)框架安裝。圖1-4本課題機(jī)械設(shè)計(jì)方案機(jī)構(gòu)所要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤原理為：若太陽光線位置發(fā)生偏離時(shí),控制信號將會(huì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1并且?guī)?dòng)小齒輪1進(jìn)行工作，進(jìn)而小齒輪帶動(dòng)大齒輪和主軸工作；在同一時(shí)間,控制信號驅(qū)動(dòng)馬達(dá)2帶動(dòng)小齒輪2工作。小齒輪2帶動(dòng)齒圈和太陽能板工作，通過馬達(dá)1和馬達(dá)2共同努力完畢對太陽方位角和高度角跟蹤。1.4跟蹤方案比較選取當(dāng)前采用跟蹤太陽辦法有諸多：(1)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤；(2)光電跟蹤[4]。簡樸簡介一下這兩種跟蹤方案。(一)光電跟蹤采用一級傳感器跟蹤方式是老式光電跟蹤，這種跟蹤系統(tǒng)由控制組件、跟蹤頭、和位置檢測器構(gòu)成[5]。1-5中所示跟蹤系統(tǒng)框圖。位置檢測器重要由通過選定光敏傳感器構(gòu)成?？刂颇承┲匾墙邮軄碜晕恢脵z測到薄弱信號，然后通過放大后送到跟蹤頭，其實(shí)跟蹤頭為跟蹤裝置執(zhí)行元件?？刂平M件跟蹤頭功能+——放大器1鏡子減速器電機(jī)放大器2功能+——放大器1鏡子減速器電機(jī)放大器2位置檢測器位置檢測器測速機(jī)云遮切換裝置測速機(jī)云遮切換裝置圖1-5跟蹤系統(tǒng)框圖象限光電轉(zhuǎn)換原理如下圖所示，接下來對五象限法太陽跟蹤儀做一簡樸簡介。在半徑為R/2小圓外面包圍一種半徑為R大圓，將兩圓之間圓環(huán)分為四個(gè)象限。每個(gè)象限邊界線和X軸均成為45度，小圓為第V像限[6]。IIIIIIIV圖1-6五象限光電轉(zhuǎn)換器原理在上述5個(gè)象限中為跟蹤定位測向象限，V象限為主測象限。將5枚性能、面積、參數(shù)相似光電池安裝在所設(shè)計(jì)5個(gè)象限內(nèi)時(shí)，一旦陽光照射到5枚光電池上時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電流，這時(shí)光電流強(qiáng)度與光強(qiáng)度成正比例關(guān)系。為了精準(zhǔn)測量，在光電池前面放置可調(diào)節(jié)光學(xué)鏡筒，把凸透鏡放在鏡筒前，透鏡安裝在鏡筒外側(cè)邊沿，如圖1-7中示出。當(dāng)光線穿過透鏡照到鏡筒底部5枚光電池時(shí)，調(diào)節(jié)筒長度，使光斑完全覆蓋5枚光電池。當(dāng)太陽光與光軸形成某一角度時(shí)，光線通過透鏡照射到5枚光電池時(shí),所形成光斑將會(huì)發(fā)生偏移，在這樣條件下,光斑不能完全覆蓋在光電池上，因此生成光電流不全相似。將通過一系列解決光電流差輸送給跟蹤頭，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)開始動(dòng)作,來調(diào)節(jié)所述跟蹤裝置,直到光電池輸出光電流相似，這個(gè)時(shí)候太陽光線平行于透鏡光軸，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沒有發(fā)生動(dòng)作。安全、可靠是測量跟蹤裝置必要問題，該設(shè)備采用V象限主測光電池辦法進(jìn)行光強(qiáng)度測量和判斷，使設(shè)備在晚間停止工作。將電壓V1和外來控制電壓V2進(jìn)行對比，可選取恰當(dāng)V1控制測量所需跟蹤設(shè)備工作現(xiàn)狀，在夜間,當(dāng)V2<V1，該設(shè)備停止工作；當(dāng)太陽光浮現(xiàn)時(shí)V1>V2，設(shè)備開始正常工作。圖1-7鏡筒構(gòu)造光電池透鏡光軸圖1-7鏡筒構(gòu)造光電池透鏡光軸從理論上講，筒越長，光電池敏捷度系數(shù)就越高，但是筒長度與透鏡之間參數(shù)也有存在關(guān)系，不也許沒有限制增長。普通，它是取10-30厘米最佳。傳感器精度高低決定了系統(tǒng)位置精度，因此很容易實(shí)現(xiàn)高精度跟蹤裝置。但是,當(dāng)云覆蓋很長一段時(shí)間,或當(dāng)太陽剛升起清晨,太陽光線與透鏡光軸之間角度超過一定夾角范疇，由于鏡筒構(gòu)造限制，透鏡聚焦光點(diǎn)不能被光電池捕獲到,這時(shí)跟蹤裝置便無法跟蹤太陽，甚至引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)錯(cuò)誤動(dòng)作。因此該跟蹤裝置只能在一定角度范疇內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度跟蹤，其跟蹤范疇與鏡筒構(gòu)造關(guān)于。(二)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤太陽跟蹤裝置采用地平坐標(biāo)系統(tǒng)是相對直觀,以便可行，并且操作性強(qiáng)，但對一種軌跡坐標(biāo)計(jì)算是沒有詳細(xì)計(jì)算公式問題。并且在一天中任何時(shí)刻,赤道坐標(biāo)系中赤緯角和時(shí)角在相對運(yùn)動(dòng)中詳細(xì)角度卻是嚴(yán)格已知，在同一時(shí)間,赤道坐標(biāo)系和水平坐標(biāo)系統(tǒng)是密切相與地球運(yùn)動(dòng)有關(guān)，然后通過天文三角形之間關(guān)系式可以得到太陽和觀測者位置之間關(guān)系。依照太陽軌跡算法分析，太陽軌跡位置,是由觀測點(diǎn)位置和原則時(shí)間來擬定。在全球定位系統(tǒng)（GPS）應(yīng)用中，可覺得系統(tǒng)提供高精度地理經(jīng)度和緯度,以及本地時(shí)間，控制系統(tǒng)則依照提供地區(qū)和時(shí)間參數(shù)來擬定即時(shí)太陽位置，保證準(zhǔn)擬定位和跟蹤系統(tǒng)高精度及高靠性。在設(shè)立跟蹤地點(diǎn)和基準(zhǔn)零點(diǎn)后，控制系統(tǒng)可以自動(dòng)操作依照水平坐標(biāo)公式太陽能高度角和方位角太陽。然后控制系統(tǒng)依照太陽軌跡角每分鐘變化驅(qū)動(dòng)信號,實(shí)現(xiàn)跟蹤裝置二維旋轉(zhuǎn)角度和方向變化。日落之后,停止跟蹤,跟蹤設(shè)備依照本來軌道路線回到基準(zhǔn)零點(diǎn)。因而，可以看出，跟蹤解決方案，無論是什么算法，這種算法過程是非常復(fù)雜，隨著計(jì)算量增大會(huì)增長系統(tǒng)成本。跟蹤開環(huán)系統(tǒng)，無角度反饋值，所覺得了實(shí)現(xiàn)高精度跟蹤規(guī)定，不但對機(jī)械構(gòu)造加工水平有較嚴(yán)格規(guī)定，并且與儀器安裝與否對的有密切關(guān)系。必要規(guī)定在工程機(jī)械構(gòu)造加工精度中有足夠高生產(chǎn)。初始化安裝時(shí)，儀器中心南北線與觀測點(diǎn)地理南北線規(guī)定重疊。并且,用儀器底部水平準(zhǔn)直儀將底面與地面保持水平,使儀器高度角處在地面水平面內(nèi)。1.5本設(shè)計(jì)跟蹤方案光敏電阻光強(qiáng)比較法。光敏電阻被選為本設(shè)計(jì)光敏器件。光敏電阻特點(diǎn)是它阻值隨著光照強(qiáng)大小發(fā)生變化，運(yùn)用這種特點(diǎn)，把兩個(gè)完全相似光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向底部邊沿。如果太陽光線垂直照射太陽能電池板時(shí)，那么兩個(gè)光敏電阻接受到光照是同樣，因而它們阻值是相似，此時(shí)電機(jī)是不轉(zhuǎn)動(dòng)。但是太陽光方向和電池板垂直方向有一定夾角時(shí)，則接受光比較多光敏電阻阻值減少，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，始終到光敏電阻產(chǎn)生相似光照強(qiáng)度，這種形式稱為光敏電阻光強(qiáng)比較法。2機(jī)械設(shè)計(jì)某些2.1太陽能自動(dòng)追光系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)方案采用1.3所述辦法對機(jī)械某些進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并對齒輪、底座、軸承、中心軸、軸承等重要部件材料選取，尺寸計(jì)算進(jìn)行分析校核，對機(jī)械某些抗風(fēng)性進(jìn)行系統(tǒng)分析。2.2齒輪選取(一)材料選取選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)[7]。太陽能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置為普通工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB10095—88）。小齒輪材料選用40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料選用45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。(二)尺寸計(jì)算初選模數(shù)m=4mm,中心距a=260，轉(zhuǎn)動(dòng)比i=4。普通齒輪齒數(shù)Z1=25，分度圓螺旋角=8到15度。初選齒輪齒數(shù)Z1=25，分度圓螺旋角=10度，則齒輪齒數(shù)Z2=iZ1=4×25=100。分度圓直徑：小齒輪直徑，取d1=100mm。大齒輪直徑，取d2=405mm。（2-1）取齒寬系數(shù)=1.2b==1.2×100=120則取大齒輪寬度b2=120,小齒輪寬度b1=125。齒頂高（2-2）齒根高（2-3）齒高（2-4）(三)校核計(jì)算查文獻(xiàn)[8]表12.9得使用系數(shù)KA＝1.35。查文獻(xiàn)[8]圖12.9得動(dòng)載系數(shù)KV=1.1。查文獻(xiàn)[8]表12.10得齒間載荷分派系數(shù)KHa。Ft=2T1/d1=2×2×104=400NkAFt/b=1035×400/120=405N/mm(2-5)εδ=[1.88-3.2×(1/Z1+1/Z2)]cosβ=[1.88-3.2×(1/25+1/100)cos10=1.72Zz=√(4-εδ)/3=0.87KHδ=1/Z2ε=1.32式中--圓周力；--端面重疊度；--重疊度系數(shù)。載荷系數(shù)KK=KAKVKHδKHβ(2-6)=1.35×1.1×1.32×1.45=2.84查文獻(xiàn)[8]表12.12得彈性系數(shù)189.8。查文獻(xiàn)[8]圖12.16得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)2.5。查文獻(xiàn)[8]表12.14得接觸最小安全系數(shù)為1.25?？偣ぷ鲿r(shí)間Th=10×360×2=7200h。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)107＜NL＜109（2-7）原預(yù)計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)對的。(2-8)接觸壽命系數(shù)ZN:查文獻(xiàn)[8]圖12.18得=1.2，=1.3。許用接觸應(yīng)力 (2-9)驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力(2-10)計(jì)算成果表白，接觸疲勞強(qiáng)度較為適當(dāng)，齒輪尺寸無需調(diào)節(jié)。2.3底座設(shè)計(jì)底座材料選用45鋼[9]，底座要有足夠支撐強(qiáng)度，同步也要滿足盡量節(jié)約材料，因此，選取用焊接法組合底座。設(shè)計(jì)構(gòu)造如圖2-1所示。圖2-1底座2.4中心軸選取(一)尺寸設(shè)計(jì)選取軸直徑為30mm，長度為400mm。軸材料選取45鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)解決。(二)軸校核可知材料強(qiáng)度極限：σb=598MPa，屈服極限：σs=353MPa[10]。又45鋼是塑性材料，因此，要用屈服極限σs來校核。設(shè)橫截面受力F大概為70KN。材料截面積為：S=πr2=706.5mm2。σ=F/S=99.1MPa<<σs=353MPa。因此，該軸符合規(guī)定。2.5軸承選取(一)軸承1選取該支承依照工作條件決定選用深溝球軸承，軸承徑向載荷Fr=1500N，軸向載荷Fa=5500N，軸承轉(zhuǎn)速n=300r/min，裝軸承處軸頸直徑大概為30mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊，預(yù)期計(jì)算壽命Lh=5000h。(1)求比值Fa/Fr=5500/1500=3.67>e(2)初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，P=fp×(XFr+YFa)由于輕微沖擊，因此載荷系數(shù)fp=1.0～1.2，取fp=1.2。同步可得X=0.56，Y值需在已知型號和基本額定靜載荷Co后才干求出?，F(xiàn)暫選一近似中間值，取Y=1.5，則P=1.2×(0.56×1500＋1.5×5500)=10908N(3)求軸承應(yīng)有基本額定動(dòng)載荷值C=P×3√60n×Lh/102=48758.76N(2-11)(二)軸承2選取該支承依照工作條件決定選用深溝球軸承，軸承徑向載荷Fr=5500N，軸向載荷Fa=2700N，軸承轉(zhuǎn)速n=300r/min，裝軸承處軸頸直徑為大概25mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊，預(yù)期計(jì)算壽命Lh=5000h。(1)求比值Fa/Fr=2700/5500=0.49>e(2)初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，P=fp×(XFr+YFa)由于輕微沖擊，因此載荷系數(shù)fp=1.0～1.2，取fp=1.2。同步可得X=0.56，Y值需在已知型號和基本額定靜載荷Co后才干求出?，F(xiàn)暫選一近似中間值，取Y=1.5，則P=1.2×(0.56×5500＋1.5×2700)=8556N(3)求軸承應(yīng)有基本額定動(dòng)載荷值C=P×3√60n×Lh/102·3=38245.32N2.6抗風(fēng)性分析(一)底座上螺釘校核危險(xiǎn)截面面積(2-12)螺釘應(yīng)力副(2-13)選取螺釘性能級別5.6級則(2-14)螺釘疲勞極限(2-15)極限應(yīng)力幅(2-16)(二)軸校核判斷危險(xiǎn)截面主軸端面往下170mm處材料選用45鋼調(diào)質(zhì)。對稱循環(huán)疲勞極限(2-17)脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限(2-18)等效系數(shù)(2-19)截面上應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)表面狀態(tài)系數(shù)尺寸系數(shù)彎曲安全系數(shù)設(shè)為無限壽命，k=1(2-20)軸強(qiáng)度滿足規(guī)定。3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體構(gòu)造傳感器傳感器光電轉(zhuǎn)換單片機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)電源圖3-1系統(tǒng)總體構(gòu)造此系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器、89C51系列單片機(jī)以及相應(yīng)外圍電路等構(gòu)成。太陽能電池板有兩個(gè)自由度?？刂茩C(jī)構(gòu)將分別調(diào)節(jié)水平方向與垂直方向。單片機(jī)上電復(fù)位后，將使垂直方向處在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，單片機(jī)會(huì)判斷采樣進(jìn)來電壓信號，即兩種也許電壓有增大和減小，如電壓是增大，則讓電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦電壓是減小，單片機(jī)會(huì)及時(shí)發(fā)出信號，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽板。3.2光電轉(zhuǎn)換器限位開關(guān)限位開關(guān)VCCLM124R1R2AU2ABU3AVCC圖3-2光電轉(zhuǎn)換電路光電轉(zhuǎn)換裝置接受太陽光，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，依照所采集到信號，由單片機(jī)分析得最后控制步進(jìn)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)向來達(dá)到太陽能電池面板,成果始終是垂直于入射光線，從而達(dá)到運(yùn)用太陽能最高效率。選為光敏電阻為本文設(shè)計(jì)光敏器件。光電轉(zhuǎn)換電路在下面圖片中是其中一組，另一組是相似電路。當(dāng)太陽光線正對太陽能板時(shí)候，光敏電阻R1、R2都是高電阻，且A、B兩點(diǎn)電壓是相等。四運(yùn)放LM124輸出電壓也是相似，單片機(jī)收到信號差值為零，因此單片機(jī)不能控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果陽光傾斜，使Rl被陽光射中呈低電阻狀態(tài)，則A點(diǎn)電位比B點(diǎn)點(diǎn)電位高。運(yùn)算放大器U2A角色是一種電壓跟隨器，有緩沖、隔離、提高負(fù)載能力作用，保持穩(wěn)定采樣信號。U3A是減法器，A與B電壓差值為其輸出。由于在A和B之間電壓差可以是正或負(fù)，而單片機(jī)輸入電壓值不能為負(fù)值，因此U3A正輸入端接了個(gè)偏置電壓電路，使U3A輸出值始終是正值。3.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(一)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡介步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移開環(huán)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接受到一種脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定方向轉(zhuǎn)動(dòng)一種固定角度。因而非常適合單片機(jī)控制，推動(dòng)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用開辟了遼闊前景。(二)步進(jìn)電機(jī)選?。?）步進(jìn)電機(jī)１選取預(yù)計(jì)步進(jìn)電機(jī)1所需要最大靜力矩不不不大于200N，故選用57BYGH1001混合式步進(jìn)電機(jī)。表3-157BYGH1001混合式步進(jìn)電機(jī)型號電壓(V)電流(A)電阻

(Ω)最大靜力矩

(N.cm)機(jī)身長(mm)輸出軸直徑

(mm)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(g.cm2)重量(kg)接線圖57BYGH1001531.4200100101.56504.6（2）步進(jìn)電機(jī)2選取預(yù)計(jì)步進(jìn)電機(jī)2所需要最大推力不不不大于N，故選用8700系列螺桿軸混合式步進(jìn)電機(jī)。技術(shù)參數(shù)如下：1)線圈雙極性，2)最大推力2270N，3）位移辨別率0.127mm，4）工作電壓5V，5）相電流3.12Amps，6）相電阻1.6，7）相電感8.8mH，9）功耗31.2W,10)最高溫度130°C，11）重量2.3Kg，12）絕緣電阻20。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)電源步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器圖3-3步進(jìn)電示意圖（3）MT-2HB03M驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)：雙極驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)器工作電壓12-40V；驅(qū)動(dòng)電流0.8-3.5A；顧客可依照需要采用共陽極接法、共陰極接法或差分輸入接法。共陽極接法：分別將CP+，U/D+，F(xiàn)REE+連接到控制系統(tǒng)電源上，如果此電源是+5V則可直接接入，如果此電源不不大于+5V，則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕提供8-15mA驅(qū)動(dòng)電流。輸入信號通過CP-加入。此時(shí)，U/D-，F(xiàn)REE-在低電平時(shí)起作用。共陰極接法：分別將CP-，U/D-，F(xiàn)REE-連接到控制系統(tǒng)地端（SGND，與電源地隔離），+5V輸入信號通過CP+加入。此時(shí)，U/D+，F(xiàn)REE+在高電平時(shí)起作用。限流電阻R規(guī)定與共陽極接法相似。差分輸入接法：分別將CP-，U/D-，F(xiàn)REE-接差分信號負(fù)端、CP+，U/D+，F(xiàn)REE+接差分信號正端。其構(gòu)造如圖3-5所示：顧客控制單元12345612顧客控制單元123456123412ON小大MT-2HB03MAA-BB-VHGNDCP+CP-U/D+U/D-FREE+FREE-圖3-5MT-2HB03M驅(qū)動(dòng)器3.4單片機(jī)及其外圍電路(一)AT89C51單片機(jī)AT89C5l是一種低功耗、高性能8位單片機(jī)，且片內(nèi)帶有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器，它采用ATMEL高密度非易失性存存儲(chǔ)器技術(shù)，并且與MCS-51指令集和輸出管腳相兼容[11]。ATMELAT89C5l是一種高效微控制器，并且它具備功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理特點(diǎn)，被諸多嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用。它具備如下重要特性:4K字節(jié)可編程序閃爍存貯器(可擦寫1000次)；全靜態(tài)工作頻率:24MHz；三級程序存貯器鎖定；128字節(jié)內(nèi)部RMA；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定期器/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；可編程全雙工串行通道；片內(nèi)時(shí)鐘震蕩器[12]。（1）構(gòu)造框圖AT89C5l構(gòu)造框圖如圖3-6所示。VCOP0.0-P0.7P2.0-P2.7GND口2驅(qū)動(dòng)器口0驅(qū)動(dòng)器GND口2驅(qū)動(dòng)器口0驅(qū)動(dòng)器PLASH存貯器口2鎖存器口0鎖存器RAMRAM地址寄存器PLASH存貯器口2鎖存器口0鎖存器RAMRAM地址寄存器ACG地棧指針B程序地址寄存器ACG地棧指針B程序地址寄存器TMP1TMP2TMP1TMP2緩沖器緩沖器中斷、串口和定期器塊ALMPC中斷、串口和定期器塊ALMPCPSW程序計(jì)數(shù)器PSW程序計(jì)數(shù)器定期控制指令寄存器DPTM定期控制指令寄存器DPTM口0鎖存器口3鎖存器口0鎖存器口3鎖存器GBC口3驅(qū)動(dòng)器口1驅(qū)動(dòng)器GBC口3驅(qū)動(dòng)器口1驅(qū)動(dòng)器P1.0-P1.7P3.0-P3.7圖3-6單片機(jī)構(gòu)造框圖（2）AT89C51引腳：AT89C51引腳采用雙列直插式封裝(DIP)或方形封裝。雙列直插式封裝如圖所示，共有40個(gè)引腳，下面將對某些引腳進(jìn)行如下闡明[13]。Vcc:供電電壓。GND:接地。XTAL1:反向震蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘工作電路輸入。XTAL2:振蕩器反相放大器輸出端。RST：復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期高電平時(shí)間。P0口(PO.0-PO.7):P0口是一種8位漏極開路雙向I/0口。每腳可吸取8位TTL門電流，當(dāng)P0口鎖存器寫“1”時(shí)，被定義為高阻抗輸入。它能用于訪外部程序數(shù)據(jù)時(shí)存儲(chǔ)器，它被定義為地址/數(shù)據(jù)總線第八位。在對Flash編程時(shí)，PO口接受指令字節(jié);而在FLASH驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié),此時(shí)P0外接上拉電阻。P1口(P1.0-P1.7):P1口為一種內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口。Pl輸出可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。作輸入口使用時(shí)，由于有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部信號拉低引腳會(huì)輸出一種電流。在Flash編程和驗(yàn)證時(shí)，P1口作為第八位地址接受。P2口(P2.0-P2.7):P2口是一種帶有內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口。P2口輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，由于內(nèi)部上拉電阻，其管腳電位被拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，那些被外部信號拉低引腳會(huì)輸出一種電流。P2口在FLASH編程和驗(yàn)證時(shí)4，接受高八位地址信號和控制信號。P1.0140VccP1.1239P0.0P1.2338P0.1P1.3437P0.2`P1.4536PO.3P1.5635PO.4P1.6734PO.5P1.7833PO.6AT89C51RST932PO.7AT89C51P3.01031EA/VppP3.11130ALE/PROGP3.21229PEENP3.31328P2.7P3.41427P2.6P3.51526P2.5P3.61625P2.4P3.71724P2.3XTAL21823P2.2XTAL11922P2.1GND2021P2.0圖3-7AT89C51引腳(二)外圍電路U18712V-12-U18712V-1242T1C31040.33uFC1C3GNDC5T1C31040.33uFJ13BRIDGE1uFJ1U27912V21U27912V21C2uFC4103-12GND-C2uFC4103-12GND-CON2TRAN352.2uFD2C4CON2TRAN352.2uF424BRIDGE1圖3-8電源管理某些電路電源是電子設(shè)備最核心某些，因此電子設(shè)備可靠性重要取決于電源質(zhì)量，并且電子設(shè)備60%故障來自電源，因此電源是電子設(shè)備構(gòu)成中基本元件。在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中，單片機(jī)系統(tǒng)需要+5V直流電源，步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器需要12V模仿電源。選用PKB05電源變壓器可以將220V交流電壓變換成正負(fù)12V電壓。它初級是220V，50HZ/60Hz，。由于此變壓器發(fā)出電壓形式是交流電壓，并且它并不穩(wěn)定，再運(yùn)用全橋整流，電容濾波會(huì)使電壓穩(wěn)定，分別用三端7812、7912穩(wěn)壓電源模塊，并輸出正負(fù)電壓12V。電路在7812和7912輸入端相繼連接上0.33uFCBB電容、uF/25V電解電容。CBB電容過濾掉高頻干擾，電解電容組合過濾掉低頻干擾。為了得到干凈電源，在輸出端連接上104瓷片（0.1uF）電容，對輸出+5V電源值再次進(jìn)行濾波。3.5系統(tǒng)流程圖打開系統(tǒng)之后，進(jìn)行上電復(fù)位動(dòng)作，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化之后，系統(tǒng)一方面會(huì)判斷此刻是白天還是夜晚，如果是夜晚，系統(tǒng)會(huì)啟用中斷解決程序，進(jìn)入等待狀態(tài)，反之，系統(tǒng)進(jìn)入光電追蹤模式。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化日出？日出？NY傳感器跟蹤傳感器跟蹤N電機(jī)要驅(qū)動(dòng)嗎？電機(jī)要驅(qū)動(dòng)嗎？ Y步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圖3-9系統(tǒng)主流程圖光敏電阻光強(qiáng)比較法流程如下圖：開始開始R3與否不大于R4？電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)R1與否不大于R2？NYNNN返回Y返回圖3-10光敏電阻光強(qiáng)比較法流程圖此程序設(shè)計(jì)比較簡樸，需要單片機(jī)檢測4個(gè)光敏電阻所相應(yīng)單片機(jī)4個(gè)引腳電位高低，就可以判斷出當(dāng)時(shí)太陽方位，并對電動(dòng)機(jī)發(fā)出相應(yīng)命令。4系統(tǒng)軟件流程及調(diào)試4.1主控制模塊軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制作用重要由主控芯片來完畢,跟蹤裝置控制系統(tǒng)主控芯片重要完畢兩個(gè)任務(wù)，即光電跟蹤和視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。當(dāng)清晨太陽升起時(shí)候，跟蹤裝置處在跟蹤起始位置。完畢初始化后來，系統(tǒng)依托檢測光伏電池兩端電壓來判斷此時(shí)天氣狀況。通過光伏電池可知：如果光照強(qiáng)度越高，那么電池板兩端電壓就會(huì)越大。如果測出電壓Vout超過了閾值Vturn,則太陽輻照光強(qiáng)強(qiáng)度達(dá)到了光電跟蹤條件。如果通過光照強(qiáng)度達(dá)到?jīng)]有規(guī)定，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)變?yōu)橐暼者\(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤程序。不論哪種跟蹤方式，電機(jī)驅(qū)動(dòng)所發(fā)出脈沖數(shù)都將會(huì)被單片機(jī)記錄下來。為了使系統(tǒng)更加科學(xué)化、精準(zhǔn)化，本系統(tǒng)采用了間隔性跟蹤辦法：系統(tǒng)采用間隔式跟蹤方式，這樣在既節(jié)約了發(fā)電成本又不會(huì)影響跟蹤精確度。當(dāng)傍晚時(shí)，光線變?nèi)酰瑸楸苊庀到y(tǒng)裝置發(fā)生錯(cuò)誤判斷，在方位角跟蹤裝置上安裝兩個(gè)位置開關(guān)。當(dāng)跟蹤接近于尾聲，如果位置開關(guān)K1被碰觸到,步進(jìn)電機(jī)采用反轉(zhuǎn)方式，直到與開關(guān)K2碰觸,結(jié)束這一天跟蹤。主流程圖如圖4-1所示：起始位置起始位置程序初始化天氣條件符合（電壓不不大于閥值）光電跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并記錄轉(zhuǎn)動(dòng)角度規(guī)定間隔時(shí)間（10分鐘）到待機(jī)等待下次跟蹤碰觸位置開關(guān)K1？結(jié)束開始視日跟蹤NNYY NN圖4-1主程序流程圖4.2光電跟蹤模塊程序設(shè)計(jì)光電跟蹤是本跟蹤系統(tǒng)重要跟蹤方式。太陽光照到光敏傳感器上后將會(huì)產(chǎn)生電壓信號。不同光照強(qiáng)度在不同傳感器上，產(chǎn)生不同電壓值。水平方向上，D1和D2會(huì)產(chǎn)生不相似電壓值，如果將兩電壓值采用差分放大方式，將其產(chǎn)生差值Vd1d2和預(yù)設(shè)值Vref1對比，并多次求值。如果Vd1d2比Vref1大,那么水平方向上光強(qiáng)檢測電路輸出端為低電平，此時(shí)單片機(jī)傳出控制脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)Ml發(fā)生正轉(zhuǎn)。太陽在水平方向上自東向西運(yùn)動(dòng)，因而電機(jī)Ml不需要反轉(zhuǎn)就可完畢方位角跟蹤。電機(jī)Ml產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)始終到跟蹤裝置在水平方向與太陽相對。調(diào)節(jié)完方位角，再對俯角進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)辦法基本相似。其程序流程圖如圖4-2所示。開始開始P1.1為低電平？方位角調(diào)節(jié)俯仰角調(diào)節(jié)P1.0為低電平（驗(yàn)證跟蹤成果）天氣條件符合？待機(jī)等待下次跟蹤視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤P1.2/P1.3為低電平？NNYYNYNYYYYY NNNNYY圖4-2光電跟蹤模塊程序流程圖通過單片機(jī)端口P1.2和P1.3可對電機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)P1.2為低電平，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)P1.3為低電平時(shí)，則電機(jī)反轉(zhuǎn)。隨著太陽方位角與高度角相繼跟蹤之后，跟蹤成果驗(yàn)證階段隨后展開，跟蹤成果檢查由光敏傳感器DO及周邊元件構(gòu)成驗(yàn)證電路完畢，如果跟蹤成果符合所需規(guī)定，程序隨后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下次跟蹤。如果跟蹤成果超過規(guī)定范疇，單片機(jī)P1.0端口電平將被驗(yàn)證電路拉低，這樣程序就自動(dòng)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，重新對方位角與高度角進(jìn)行跟蹤，直成果完全符合規(guī)定為止。在光電跟蹤時(shí)侯，程序完畢一次跟蹤之后，就會(huì)等待進(jìn)入下次跟蹤。當(dāng)光線條件不夠時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)入視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤模式。4.3視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤模塊程序設(shè)計(jì)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方式和光電跟蹤方式都在水平與豎直方向跟蹤。系統(tǒng)每隔一定期間，就會(huì)對高度角和方位角采用一次跟蹤。機(jī)每隔一定期間，單片會(huì)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送CP脈沖和方向電平信號。咱們可依照對電池板轉(zhuǎn)動(dòng)角度和機(jī)械裝置傳動(dòng)比，計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)在輸出軸發(fā)生變化角度。太陽自東向西運(yùn)動(dòng)，在中午12時(shí)此前，方位角a是不大于0；在12時(shí)后來，方位角a則是不不大于0。高度角范疇是0?120°,在正午時(shí)達(dá)到最大之后開始下降，直至為0。其程序流程圖如圖4-3所示：開始開始計(jì)算方位角γ計(jì)算方位角γ依照轉(zhuǎn)過角度，計(jì)算所需脈沖N1依照轉(zhuǎn)過角度，計(jì)算所需脈沖N1電機(jī)M1轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)M1轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算高度角h1計(jì)算高度角h1依照轉(zhuǎn)過角度，計(jì)算所需脈沖數(shù)N2依照轉(zhuǎn)過角度，計(jì)算所需脈沖數(shù)N2電機(jī)M2轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)M2轉(zhuǎn)動(dòng)Y天氣條件達(dá)到？Y天氣條件達(dá)到？光電跟蹤光電跟蹤NN等待下一次跟蹤等待下一次跟蹤圖4-3視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤模塊程序流程圖4.4實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)分析表4-1中列出了3月18日中午至下午三時(shí)左右理論數(shù)據(jù)，并用系統(tǒng)手動(dòng)校準(zhǔn)功能，記錄下不同步刻步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)營步數(shù)。表4-1太陽自動(dòng)循日系統(tǒng)登記表時(shí)間/(t)太陽方位/(。)太陽高度/(。)鏡面方位/(。)鏡面高度/(。)步進(jìn)電機(jī)俯仰方向/步步進(jìn)電機(jī)水平方位/步初始數(shù)值實(shí)際數(shù)值初始數(shù)值實(shí)際數(shù)值12:0212:1212:2212:3212:4212:5213:0613:1513:2513:3613:4613:5614:0614:1614:2614:3614:4614:5615:0188.630391.832695.027198.2101.338104.151107.191109.629112.283115.123117.635120.074122.44124.732126.949129.093131.165133.166134.14137.073137.064836.923636.656435.789635.156634.55133.785932.846431.899430.870729.764628.585527.337426.024624.65123.220622.485221.773224.926327.678930.891334.718839.38644.629651.923359.486170.036184.529799.7525115.296129.359141.014150.28