太陽能自動追光系統的設計畢業(yè)設計

1、目 錄摘要1關鍵詞1abstract1key words1引言21 太陽能自動追光系統總體設計方案31.1 太陽運行的規(guī)律31.2 跟蹤器機械執(zhí)行部分比較選擇31.3 本課題的機械設計方案51.4 跟蹤方案的比較選擇61.5 本設計的跟蹤方案82.1 太陽能自動追光系統機械設計方案82.2 齒輪的選擇82.3 底座的設計102.4 中心軸的選擇112.5 軸承的選擇112.6 抗風性分析123 控制系統設計133.1 系統總體結構133.2 光電轉換器143.3 步進電動機143.4 單片機及其外圍電路163.5 系統的流程圖194 系統軟件流程及調試204.1 主控制模塊的軟件設計204.2

2、 光電跟蹤模塊程序設計214.3 視日運動軌跡跟蹤模塊程序設計224.4 實驗觀察數據分析235 結論24參考文獻26致謝27太陽能自動追光系統的設計太陽能自動追光系統的設計機械電子工程專業(yè)學生 韋忠爽指導老師 侯建華摘要：目前，太陽能利用裝置的放置位置大多是固定不變的，而一天當中太陽與太陽能利用裝置的相對位置是時刻變化的，這也就無法保證太陽能利用裝置時刻受到陽光直射，從而使太陽光能的利用率大大降低。為了提高太陽能的利用率，設計一種循日追光系統，使太陽能利用裝置最大限度的利用太陽光能。本文對太陽能跟蹤系統進行了機械設計和自動跟蹤系統控制部分設計，機械部分分設計主要是通過步進電機1、步進電機2的

3、共同工作實現對太陽的跟蹤；控制部分設計是基于單片機的自動控制系統，采用光電檢測追蹤模式，配合機械裝置使系統更加穩(wěn)定，提高了系統的追蹤精度。關鍵詞：太陽能；循日追光；步進電動機；單片機the design of automatic tracking systemstudent majoring in mechanical and electrical engineering li yantutor hou jianhuaabstract： at present, the solar energy utilization device placed most of the position is

4、fixed ,but the sun and solar energy utilization of the relative position of the device is ever-changing in the day , this is to guarantee the solar energy utilization device moment is direct sunshine , so that the sun light energy utilization greatly reduced . in order to improve the utilization rat

5、e of solar energy, design a system of solar tracking, to make solar energy utilization device maximum use of the sun light energy .the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed. the mechanical part design is to realize the sun tracking through the joint work o

6、f stepper motor1and stepper motor 2; the control part design is the automatic control system based on single chip, using photoelectric detection tracking mode, with the mechanical device to make the system more stable, improve the system tracking accuracy.key words: solar energy；solar tracking；stepp

7、er motor；scm引言隨著經濟發(fā)展和社會進步，自然資源被人為的任意開發(fā)和利用，面臨枯竭的境地，人類的生活環(huán)境在大量自然資源使用過程中面臨巨大的威脅，由于人類對自然資源的需求越來越高，因此，尋找可替代的新能源成為當務之急。太陽能是一種干凈環(huán)保而且取之不盡用之不竭的可再生新能源，隨著社會經濟可持續(xù)發(fā)展的這種趨勢，太陽能在人類生活中起到越來越重要的作用。于是，合理開發(fā)并提高太陽能的利用率具有非常重要的意義。眾所周知，太陽在一天中的位置由東向西發(fā)生著變化，而目前太陽能利用裝置的擺放位置大多是固定不變的，這也就無法使太陽能利用裝置時刻正對著太陽，太陽光也就無法時刻直射到其上面。因此，本文設計了一種

8、自動循日的智能型太陽能追光系統，使太陽能利用裝置最大程度的提高太陽能的利用率。自動追光系統以at89c51單片機為基礎，工作可靠穩(wěn)定，能夠精確追蹤太陽，使太陽光在一天當中始終直射到太陽利用裝置上，最大限度的提高太陽能利用率。此裝置利用廣泛，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 太陽能自動追光系統總體設計方案1.1 太陽運行的規(guī)律太陽在一天中的位置變化是周期性的，是可以被預測的。因為地球自轉和地球繞太陽公轉，使太陽相對于地面物體是運動的。因為地球極軸與黃道天球極軸存在27度夾角，使得太陽的赤尾角在一年當中發(fā)生變化。夏至時赤緯角最大為23度27分，并開始減小；到秋分

9、時赤緯角又變?yōu)?，并繼續(xù)減??；冬至時這個角為23度27分，然后逐漸增大，到春分時變?yōu)?并繼續(xù)增大，直到夏至，另一個變化周期開始。1.2 跟蹤器機械執(zhí)行部分比較選擇分析考慮成本、跟蹤器機械執(zhí)行部分等各方面問題，有以下幾種跟蹤器。(一) 陀螺儀式跟蹤器12abc北 南東 北1-馬達 2-馬達 -傳動箱 -傳動箱 a-接收器 b-環(huán)形支架 c-支架圖1-1 陀螺儀式跟蹤器跟蹤器所具有的結構:傳動箱安裝在支架上,并將其固定；馬達1安裝在傳動箱上，傳動箱的內部是由蝸桿、蝸輪組成的運動副，馬達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動)，傳動箱的輸出軸連接環(huán)形支架，傳動箱固定安裝

10、在環(huán)形支架上，馬達2安裝在傳動箱上，傳動箱內也是由蝸桿、蝸輪組成的運動副。馬達2的輸出軸連接蝸桿，接收器安裝在環(huán)形支架上面(接收器相對于環(huán)形支架可以轉動)，傳動箱的輸出軸連接接收器1。 跟蹤器朝向安裝有很多種選擇，根據圖中所示的安裝，跟蹤器執(zhí)行的原則如下：當太陽的光線偏離發(fā)生時，所述控制部分會發(fā)出的信號，此信號會驅動馬達2帶動傳動箱中的蝸輪蝸桿旋轉，驅動接收器輸出相對于支撐環(huán)旋轉，跟蹤太陽從東到西的運動，在同一時間，控制部分發(fā)出的信號驅動馬達1帶動傳動箱中的蝸桿和蝸輪的旋轉，第二次輸出帶動環(huán)支撐架和接收器旋轉，跟蹤太陽北部和南部方向的運動，從而最終實現兩個方向的太陽跟蹤。 系統的優(yōu)勢：跟蹤機構

11、結構簡單。追蹤在兩個方向上，使用蝸桿和蝸輪副傳動，傳動比大，結構緊湊，可以使用小功率電動機，且同一時間，使用小功率電動機，不僅降低能源成本和制造成本，而且提供足夠的電力;蝸桿蝸輪對自鎖性能好，可防風防雨。結構緊湊，運動空間是很大的。傳動裝置安裝在傳動箱，受到了良好的保護，提高了設備的使用壽命。(二) 齒圈轉動式跟蹤器a21db2b1a1-馬達 2-馬達 -小齒輪 -小齒輪 a-接收器 a-主軸 b1-齒圈 b2-齒圈 d-轉動架圖1-2 齒圈轉動跟蹤器該機構結構：馬達1的輸出軸與小齒輪連接并將馬達1固定在支架上，小齒輪與齒圈b1相嚙合且齒圈b1連接到安裝在支架上的主軸，而馬達2安裝在主軸前部的

12、一塊板上，馬達2的輸出軸連接小齒輪，小齒輪與連接著轉動架的齒圈b2嚙合，且轉動架安裝在主軸上2。機構實現自動跟蹤的原理：當太陽光線偏離發(fā)生時，控制部分所發(fā)出的控制信號驅動馬達1，進而帶動小齒輪轉動，小齒輪會帶動齒圈b1和主軸a轉動；在同一時間，控制信號會驅動馬達2帶動小齒輪轉動，進而小齒輪帶動齒圈b2和轉動架d轉動，通過馬達1、馬達2的共同努力實現對太陽方位角和高度角的跟蹤。 系統的優(yōu)勢：該跟蹤機構結構簡單，成本低。在兩個方向的跟蹤，都利用齒輪副傳遞動力，在同一時間，使用功率較小的馬達，不僅傳遞足夠大的動力，而且降低了其能源成本和制造成本；盡管使用了半個齒圈，然而能在緊湊的結構下獲得了較大的傳

13、動比。本系統結構緊湊，運動空間是很大的。(三) 立柱轉動式跟蹤器該跟蹤器所具有的結構：將在底座上固定好的大齒輪與小齒輪嚙合，且小齒輪與馬達1的輸出軸連接，主軸與它的支撐軸承分別安裝在底座的上面。在轉動架上將馬達1固定好，在主軸上將轉動架與支架都固定好，將接收器、馬達2相繼安裝在支架的上面，馬達2的輸出軸與接收器相互連接 3。跟蹤器所實現的自動追循原理：當太陽的光線發(fā)生偏離時，控制部分將控制信號發(fā)出，來驅動馬達1帶動小齒輪的轉動，因為大齒輪是固定的，那么小齒輪不僅自轉，而且繞大齒輪旋轉，帶動轉動架的轉動，同時將固定在轉動架上的主軸、支架與接收器也發(fā)生相應的轉動；在同一時間，通過控制信號來驅動馬達

14、2，并且?guī)咏邮掌鬓D動，通過馬達1和馬達2的共同努力來實現對太陽方位角和高度角的跟蹤。aae12cf1e2d1-馬達 2-馬達 a-接收器 a-主軸 c-支架 d-轉動架 e1-大齒輪 e2-小齒輪 f-底座圖1-3 立柱轉動式跟蹤器 系統的優(yōu)勢：該跟蹤機構結構簡單，成本低。對于方位角的跟蹤，利用齒輪副傳遞動力，在同一時間，使用功率較小的馬達，不僅傳遞足夠大的動力，而且降低了其能源成本和制造成本。它的結構緊湊，剛度較高,傳動裝置安裝在轉動架下，受到了良好的保護，有利于提高它的壽命。1.3 本課題的機械設計方案圖1-4為機械設計方案，該機構結構：在支架上馬達1固定好，馬達1的輸出軸與小齒輪1連接

15、，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，在主軸前端的板上將馬達2安裝，馬達2的輸出軸與小齒輪2相嚙合，小齒輪2與齒圈是嚙合的，齒圈連接著太陽能板，在主軸上將旋轉框架安裝。圖1-4 本課題的機械設計方案機構所要實現的自動跟蹤的原理為：若太陽光線的位置發(fā)生偏離時,控制信號將會驅動馬達1并且?guī)有↓X輪1進行工作，進而小齒輪帶動大齒輪和主軸工作；在同一時間,控制信號驅動馬達2帶動小齒輪2工作。小齒輪2帶動齒圈和太陽能板工作，通過馬達1和馬達2的共同努力完成對太陽的方位角和高度角跟蹤。1.4 跟蹤方案的比較選擇目前采用跟蹤太陽的方法有很多：(1)視日運動軌跡跟蹤；(2)光電跟

16、蹤4。簡單介紹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傳統的光電跟蹤，這種跟蹤系統由控制組件、跟蹤頭、和位置檢測器組成5。1-5中所示的跟蹤系統的框圖。位置檢測器主要由經過選定的光敏傳感器組成?？刂撇糠种饕墙邮軄碜晕恢脵z測到的微弱信號，然后經過放大后送到跟蹤頭，其實跟蹤頭為跟蹤裝置的執(zhí)行元件。 控制組件 跟蹤頭功效+ 放大器1鏡子減速器電機放大器2 位置檢測器測速機云遮切換裝置圖1-5 跟蹤系統框圖象限光電轉換原理如下圖所示，接下來對五象限法太陽跟蹤儀做一簡單介紹。在半徑為r /2的小圓外面包圍一個半徑為r的大圓，將兩圓之間的圓環(huán)分為四個象限。每個象限邊界線和x軸均成為4

17、5度，小圓為第v像限6。 ii iii i iv圖1-6 五象限光電轉換器原理在上述5個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、參數相同的光電池安裝在所設計的5個象限內時，一旦陽光照射到5枚光電池上時會產生光電流，這時的光電流的強度與光強度成正比例關系。為了精確測量，在光電池前面放置可調節(jié)的光學鏡筒，把凸透鏡放在鏡筒前，透鏡安裝在鏡筒的外側邊緣，如圖1-7中示出。當光線穿過透鏡照到鏡筒底部的5枚光電池時，調整筒的長度，使光斑完全覆蓋5枚光電池。當太陽光與光軸形成某一角度時，光線經過透鏡照射到5枚光電池時,所形成的光斑將會發(fā)生偏移，在這樣條件下,光斑不能完全覆蓋在光電池上，

18、所以生成的光電流不全相同。將經過一系列處理的光電流差輸送給跟蹤頭，此時驅動電機開始動作,來調節(jié)所述跟蹤的裝置,直到光電池輸出的光電流相同，這個時候的太陽光線平行于透鏡光軸，而驅動電機沒有發(fā)生動作。安全、可靠是測量跟蹤裝置的必要問題，該設備采用v象限的主測光電池的方法進行光強度的測量和判斷，使設備在晚間停止工作。將電壓v1和外來控制的電壓v2進行對比，可選擇適當的v1控制測量所需跟蹤設備的工作現狀，在夜間,當v2v2，設備開始正常工作。圖1-7 鏡筒結構光電池透鏡光軸從理論上講，筒越長，光電池靈敏度的系數就越高，但是筒長度與透鏡之間的參數也有存在關系，不可能沒有限制增長。通常，它是取10 - 3

19、0厘米最佳。傳感器精度的高低決定了系統的位置的精度，所以很容易實現高精度的跟蹤裝置。但是,當云覆蓋很長一段時間,或當太陽剛升起的清晨,太陽光線與透鏡光軸之間角度超過一定的夾角范圍，由于鏡筒結構的限制，透鏡聚焦的光點不能被光電池捕捉到,這時跟蹤裝置便無法跟蹤太陽，甚至引起執(zhí)行機構的錯誤動作。所以該跟蹤裝置只能在一定的角度范圍內實現高精度的跟蹤，其跟蹤范圍與鏡筒的結構有關。(二) 視日運動軌跡跟蹤太陽跟蹤裝置采用地平坐標系統是相對直觀,方便可行的，而且操作性強，但對一個軌跡的坐標計算是沒有具體的計算公式的問題。而且在一天中的任何時刻,赤道坐標系中赤緯角和時角在相對運動中具體角度卻是嚴格已知，在同一

20、時間,赤道坐標系和水平坐標系統是密切相的與地球運動相關，然后通過天文三角形之間的關系式可以得到太陽和觀察者的位置之間的關系。根據太陽的軌跡算法分析，太陽軌跡位置,是由觀測點的位置和標準時間來確定的。在全球定位系統（gps）的應用中，可以為系統提供高精度的地理經度和緯度,以及本地時間，控制系統則根據提供的地域和時間參數來確定即時的太陽位置，確保準確的定位和跟蹤系統高精度及高靠性。在設置跟蹤地點和基準零點后，控制系統可以自動操作根據水平坐標公式的太陽能高度角和方位角的太陽。然后控制系統根據太陽的軌跡角每分鐘改變驅動信號,實現跟蹤裝置二維旋轉角度和方向的變化。日落之后,停止跟蹤,跟蹤設備根據原來的軌

21、道路線回到基準零點。因此，可以看出，跟蹤的解決方案，無論是什么算法，這種算法的過程是非常復雜的，隨著計算量的增大會增加系統成本。跟蹤開環(huán)系統，無角度反饋值，所以為了實現高精度跟蹤的要求，不僅對機械結構的加工水平有較嚴格的要求，而且與儀器的安裝是否正確有密切的關系。必須要求在工程機械結構的加工精度中有足夠高的生產。初始化安裝時，儀器的中心南北線與觀測點的地理南北線要求重合。并且,用儀器底部的水平準直儀將底面與地面保持水平,使儀器的高度角處在地面的水平面內。1.5 本設計的跟蹤方案光敏電阻光強比較法。光敏電阻被選為本設計的光敏器件。光敏電阻的特點是它的阻值隨著光照強的大小發(fā)生變化，利用這種特點，把

22、兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向的底部邊緣。如果太陽光線垂直照射太陽能電池板時，那么兩個光敏電阻接收到的光照是同樣的，因此它們的阻值是相同的，此時電機是不轉動的。但是太陽光的方向和電池板垂直的方向有一定夾角時，則接收光比較多的光敏電阻的阻值減少，驅動電動機發(fā)生轉動，一直到光敏電阻產生相同的光照強度，這種形式稱為光敏電阻的光強比較法。2 機械設計部分2.1 太陽能自動追光系統機械設計方案本設計方案采用1.3所述方法對機械部分進行分析設計，并對齒輪、底座、軸承、中心軸、軸承等重要部件的材料選擇，尺寸計算進行分析校核，對機械部分的抗風性進行系統分析。2.2 齒輪的選擇(一) 材料的

23、選擇 選用直齒圓柱齒輪傳動7。太陽能自動旋轉裝置為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（gb 1009588）。小齒輪的材料選用40cr（調質），硬度為280hbs，大齒輪的材料選用45鋼（調質），硬度為240hbs。(二) 尺寸計算初選模數m=4mm,中心距a=260，轉動比i=4。一般齒輪齒數z1=25，分度圓螺旋角=8到15度 。初選齒輪齒數z1=25，分度圓螺旋角=10度，則齒輪齒數z2=iz1=425=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=1.2b=1.2100=120則取大齒輪寬度b2=120,小齒輪寬

24、度b1=125。齒頂高 （2-2）齒根高 （2-3）齒高 （2-4）(三) 校核計算查文獻8表12.9得使用系數ka1.35。 查文獻8 圖12.9得動載系數kv=1.1。 查文獻8表12.10得齒間載荷分配系數kha 。 ft=2t1/d1=22104=400nkaft/b=1035400/120=405n/mm (2-5)=1.88-3.2(1/z1+1/z2)cos=1.88-3.2(1/25+1/100)cos10=1.72zz=(4-)/3 =0.87kh=1/z2=1.32式中-圓周力；-端面重合度；-重合度系數。載荷系數k k=kakvkhkh (2-6) =1.351.11.3

25、21.45=2.84查文獻8表12.12得彈性系數189.8。查文獻8圖12.16得節(jié)點區(qū)域系數2.5 。查文獻8表12.14得接觸最小安全系數為1.25。 總工作時間th=103602=7200h。應力循環(huán)次數107nl109 （2-7）原估計應力循環(huán)次數正確。 (2-8)接觸壽命系數zn:查文獻8圖12.18得 =1.2 ， =1.3 。 許用接觸應力 (2-9)驗算許用接觸應力 (2-10)計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調整。2.3 底座的設計底座材料選用45鋼9，底座要有足夠的支撐強度，同時也要滿足盡可能節(jié)省材料，所以，選擇用焊接法組合底座。設計結構如圖2-1所示。圖

26、2-1 底座2.4 中心軸的選擇(一) 尺寸設計 選擇軸的直徑為30mm，長度為400mm。軸的材料選擇45鋼，并進行調質處理。(二) 軸的校核可知材料的強度極限：b =598mpa，屈服極限：s = 353mpa10。又45鋼是塑性材料，所以，要用屈服極限s來校核。設橫截面受力f大約為70kn。材料的截面積為：s=r=706.5mm。 =f/s=99.1mpae(2) 初步計算當量動載荷p，p=fp(xfr+yfa) 因為輕微沖擊，所以載荷系數fp=1.01.2，取fp=1.2。同時可得x=0.56，y值需在已知型號和基本額定靜載荷co后才能求出?，F暫選一近似中間值，取y=1.5，則p=1.

27、2(0.5615001.55500)=10908n(3) 求軸承應有的基本額定動載荷值 c=p 60nlh/10=48758.76n (2-11)(二) 軸承2的選擇 該支承根據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，軸承轉速n=300r/min，裝軸承處的軸頸直徑為大約25mm，運轉時有輕微沖擊，預期計算壽命lh=5000h。 (1) 求比值fa/fr=2700/5500=0.49e (2) 初步計算當量動載荷p，p=fp(xfr+yfa) 因為輕微沖擊，所以載荷系數fp=1.01.2，取fp=1.2。同時可得x=0.56，y值需在已知型號和基本額

28、定靜載荷co后才能求出?，F暫選一近似中間值，取y=1.5，則p=1.2(0.5655001.52700)=8556n (3) 求軸承應有的基本額定動載荷值c=p 60nlh/10 =38245.32n2.6 抗風性分析(一) 底座上螺釘校核危險截面面積 (2-12)螺釘應力副 (2-13)選擇螺釘的性能等級5.6級 則 (2-14)螺釘疲勞極限 (2-15)極限應力幅 (2-16) (二) 軸校核判斷危險截面主軸端面往下170mm處材料選用45鋼調質 。對稱循環(huán)疲勞極限 (2-17)脈動循環(huán)疲勞極限 (2-18)等效系數 (2-19)截面上的應力 有效應力集中系數表面狀態(tài)系數尺寸系數彎曲安全系

29、數設為無限壽命，k=1 (2-20)軸強度滿足要求。3 控制系統設計3.1 系統總體結構傳感器光電轉換單片機驅動器步進電機電源圖3-1 系統總體結構此系統由步進電機、光電轉換器、89c51系列單片機以及相應的外圍電路等組成。太陽能電池板有兩個自由度。控制機構將分別調整水平方向與垂直方向。單片機上電復位后，將使垂直方向處于旋轉狀態(tài)，單片機會判斷采樣進來的電壓信號，即兩種可能電壓有增大和減小，如電壓是增大，則讓電池板繼續(xù)轉動，一旦電壓是減小，單片機會立即發(fā)出信號，讓電機反轉，實現跟蹤太陽板。3.2 光電轉換器限位開關 vcc lm124 r1 r2 a u2a b u3a vcc圖3-2 光電轉換

30、電路光電轉換裝置接收太陽光，將光信號轉換成電信號，根據所采集到的信號，由單片機分析得最終控制的步進電動旋轉與轉向來達到太陽能電池面板,結果始終是垂直于入射光線，從而達到利用太陽能的最高效率。選為光敏電阻為本文設計的光敏器件。光電轉換電路在下面的圖片中是其中的一組，另一組是相同的電路。當太陽的光線正對太陽能板的時候，光敏電阻r1、r2都是高電阻，且 a、b兩點電壓是相等的。四運放lm124的輸出的電壓也是相同的，單片機收到的信號差值為零，所以單片機不能控制電動機轉動。如果陽光傾斜，使rl被陽光射中呈低電阻狀態(tài)，則a點電位比b點的點電位高。運算放大器u2a的角色是一個電壓跟隨器，有緩沖、隔離、提高

31、負載能力的作用，保持穩(wěn)定的采樣信號。u3a是減法器，a與b的電壓差值為其輸出。因為在a和b之間的電壓差可以是正的或負的，而單片機的輸入電壓值不能為負值，所以u3a正的輸入端接了個偏置電壓電路，使u3a的輸出值始終是正值。3.3 步進電動機(一) 步進電動機介紹步進電機是將電脈沖轉化為角位移的開環(huán)控制執(zhí)行機構。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。因此非常適合單片機控制，推動了步進電動機的發(fā)展，步進電動機的應用開辟了廣闊的前景。(二) 步進電機的選擇（1） 步進電機選擇估計步進電機1所需要的最大靜力矩不大于200n，故選用57bygh1001混合式步進

32、電機。表3-1 57bygh1001混合式步進電機型號電壓(v)電流(a)電阻()最大靜力矩(n.cm)機身長(mm)輸出軸直徑(mm)轉動慣量(g.cm2)重量(kg)接線圖57bygh1001531.4200100101.56504.6（2）步進電機2選擇估計步進電機2所需要的最大推力不大于2000n，故選用8700系列螺桿軸混合式步進電機。技術參數如下：1)線圈雙極性，2)最大推力2270n，3）位移分辨率0.127mm，4）工作電壓5v，5）相電流3.12amps，6）相電阻1.6，7）相電感8.8 mh，9）功耗31.2w,10)最高溫度130c，11）重量2.3kg，12）絕緣電阻

33、20。步進電機電源 步進電機驅動器圖3-3 步進電示意圖（3）mt-2hb03m驅動器特點：雙極驅動；驅動器工作電壓12-40 v； 驅動電流0.8-3.5 a；用戶可根據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+，free+連接到控制系統的電源上，如果此電源是+5v 則可直接接入，如果此電源大于+5v，則須外部另加限流電阻r，保證給驅動器內部光藕提供8-15ma 的驅動電流。輸入信號通過cp-加入。此時，u/d-，free-在低電平時起作用。共陰極接法：分別將cp-，u/d-，free-連接到控制系統的地端（sgnd，與電源地隔離），+5v 的輸入信號通

34、過cp+加入。此時，u/d+，free+在高電平時起作用。限流電阻r 的要求與共陽極接法相同。差分輸入接法：分別將cp-，u/d-，free-接差分信號的負端、cp+，u/d+，free+接差分信號的正端。其結構如圖3-5所示：用戶控制單元123456123412 on 小 大mt-2hb03maa-bb-vhgndcp+cp-u/d+u/d-free+free-圖3-5 mt-2hb03m驅動器3.4 單片機及其外圍電路(一) at89c51單片機 at89c5l是一種低功耗、高性能的8位單片機，且片內帶有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器技術，而且與

35、mcs-51的指令集和輸出管腳相兼容11。atmel的at89c5l是一種高效微控制器，而且它具有功能強、靈活性高且價格合理的特點，被很多嵌入式控制系統應用。它具有如下的主要特征: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)內部rma；32可編程i/o線； 兩個16位定時器/計數器；6個中斷源；可編程全雙工串行通道；片內時鐘震蕩器12 。 （1）結構框圖at89c5l的結構框圖如圖3-6所示。 vco p0.0- p0.7 p2.0- p2.7gnd口2驅動器口0驅動器 plash存貯器口2鎖存器口0鎖存器ramram地址寄存器ac

36、g地棧指針b程序地址寄存器tmp1tmp2緩沖器中斷、串口和定時器塊almpcpsw程序計數器定時控制指令寄存器dptm口0鎖存器口3鎖存器gbc口3驅動器口1驅動器 p1.0- p1.7 p3.0- p3.7圖3-6 單片機結構框圖（2）at89c51的引腳：at89c51引腳采用雙列直插式封裝(dip)或方形封裝。雙列直插式封裝的如圖所示，共有40個引腳，下面將對部分引腳進行以下說明13。vcc:供電電壓。gnd:接地。xtal1:反向震蕩放大器的輸入和內部時鐘工作電路的輸入。xtal2:振蕩器的反相放大器的輸出端。rst：復位輸入端。當振蕩器復位器件時，保持rst腳兩個機器周期的高電平時

37、間。p0口(po.0-po.7):p0口是一個8位漏極開路雙向i/0口。每腳可吸收8位ttl門電流，當p0口鎖存器寫“1”時，被定義為高阻抗輸入。它能用于訪外部程序數據時存儲器，它被定義為地址/數據總線的第八位。在對flash編程時，po口接收指令字節(jié);而在flash驗證程序時，則輸出指令字節(jié),此時p0外接上拉電阻。p1口(p1.0-p1.7):p1口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口。pl的輸出可驅動4個ttl輸入。作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在flash編程和驗證時，p1口作為第八位地址接收。p2口(p2.0-p2.7):p2口是一個帶有

38、內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p2口的輸出緩沖器可驅動4個ttl輸入。當p2口被寫“1”時，由于內部的上拉電阻，其管腳電位被拉高，且作為輸入。作為輸入時，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。p2口在flash編程和驗證時4，接收高八位地址信號和控制信號。 p1.0 1 40 vcc p1.1 2 39 p0.0 p1.2 3 38 p0.1 p1.3 4 37 p0.2 p1.4 5 36 po.3 p1.5 6 35 po.4 p1.6 7 34 po.5 p1.7 8 33 po.6at89c51 rst 9 32 po.7 p3.0 10 31 ea/vpp p3.1 11 30

39、ale/prog p3.2 12 29 peen p3.3 13 28 p2.7 p3.4 14 27 p2.6 p3.5 15 26 p2.5 p3.6 16 25 p2.4 p3.7 17 24 p2.3 xtal2 18 23 p2.2 xtal1 19 22 p2.1 gnd 20 21 p2.0圖3-7 at89c51的引腳(二) 外圍電路u18712v-12 - 4 2 t1c31040.33uf c1 c3 gnd c5j1 3 bridge1 2000ufu27912v21 c22000ufc4103 -12 gnd- con2tran352.2uf d2 c44 2 brid

40、ge1 圖3-8 電源管理部分電路電源是電子設備的最關鍵的部分，所以電子設備的可靠性主要取決于電源的質量，而且電子設備60%的故障來自電源，所以電源是電子設備組成中的基礎元件。在系統電路的設計中，單片機的系統需要+5v直流電源，步進電機和驅動器需要12v的模擬電源。選用pkb05電源變壓器可以將220v交流電壓變換成正負12v的電壓。它的初級是220v，50hz/60hz，。由于此變壓器發(fā)出的電壓形式是交流電壓，而且它并不穩(wěn)定，再利用全橋的整流，電容濾波會使電壓穩(wěn)定，分別用三端7812、7912穩(wěn)壓的電源模塊，并輸出正負電壓12v。電路在7812和7912的輸入端相繼連接上0.33uf cbb

41、電容、2000uf/25v的電解電容。cbb電容過濾掉高頻的干擾，電解電容的組合過濾掉低頻的干擾。為了得到干凈的電源，在輸出端連接上104瓷片（0.1uf）電容，對輸出+5v電源值再次進行濾波。3.5 系統的流程圖打開系統之后，進行上電復位動作，系統進行初始化，初始化之后，系統首先會判斷此刻是白天還是夜晚，如果是夜晚，系統會啟用中斷處理程序，進入等待狀態(tài)，反之，系統進入光電追蹤模式。開始系統初始化日出？ n y傳感器跟蹤 n電機要驅動嗎？ y步進電機驅動圖3-9 系統主流程圖光敏電阻光強比較法流程如下圖：開始r3是否小于r4？電機正轉電機正轉電機反轉電機反轉r1是否小于r2？ n y n n n返回 y圖3-10 光敏電阻光強比較法流程圖此程序設計比較簡單，需要單片機檢測4