太陽(yáng)能光跟蹤裝置

摘要太陽(yáng)能光跟蹤裝置是一種通過(guò)低功耗單片機(jī)控制的光伏組件光跟蹤裝置，該裝置通過(guò)檢測(cè)光源位置，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，能夠自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光的運(yùn)動(dòng)，保證太陽(yáng)能裝置的能量轉(zhuǎn)換局部所在的平面始終與太陽(yáng)光保持垂直，使太陽(yáng)能裝置能夠最大限度的利用太陽(yáng)能。系統(tǒng)主要包括傳感器局部、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。系統(tǒng)采用光電檢測(cè)追蹤模式實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。傳感器采用光敏電阻，將五個(gè)完全相同的光敏電阻分別放置于檢測(cè)面板的上下左右和中心位置，當(dāng)太陽(yáng)光線發(fā)生偏離，光敏電阻接收到的光照強(qiáng)度不相同時(shí)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)送給單片機(jī)，由單片機(jī)分析，控制驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)分為橫向步進(jìn)電機(jī)和縱向步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)，橫向步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電池板使其能夠在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)光的跟蹤，縱向步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電池板在垂直方向能夠進(jìn)行仰角的調(diào)整，并通過(guò)通信接口將局部數(shù)據(jù)反響給單片機(jī)進(jìn)行程序上的修正，使其無(wú)論在什么時(shí)候都能夠使電池板與太陽(yáng)光保持垂直。太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究，減少了太陽(yáng)能資源的浪費(fèi)，大幅度提高了對(duì)太陽(yáng)能的利用率。同時(shí)太陽(yáng)能又是一種無(wú)污染的清潔能源，加強(qiáng)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)，對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境也有重大的意義。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；太陽(yáng)能跟蹤；光敏傳感器AbstractThesolarenergylighttrackingdeviceisapvmoduleslighttrackingdevicethroughthelowpowerconsumptionMCUcontrol,thedevicethroughthedetectionlightsourceposition,drivesteppingmotor,themovementofthesuncanautomatictracking,ensurethatsolarenergyconversiondevicesintheplaneofthesunalwaysandkeepthevertical,makesolarpowermaximumuseofsolarenergy.Thesystemincludessensorsignalintothecircuit,part,MCUsystemandmotordrivecircuitandsoon.Thesystemadoptsphotoelectricdetectiontrackingmodeltoachievethetrackingofthesun.Sensoradoptsphotoconductiveresistance,makethefiveidenticalphotoconductiveresistancerespectivelyinplaceofthepanelup,down,leftandrightandtestingcenterposition,whenthesunlighthappendeviation,photoconductiveresistancereceivesthelightintensitythatatthesametime,throughthesignalcircuitwillsignaltoasingle-chipmicrocomputer,bytheone-chipcomputeranalysis,thecontroldrivesteppingmotorandreversing.Steppingmotorisdividedintohorizontalandverticalstepmotorsteppingmotortwo,horizontalsteppingmotordrivepanelswhichcaninhorizontaldirection,torealizethesunpanelstrackingthelight,thelongitudinalsteppingmotordrivepanelsinverticaldirectioncanbeadjustedtotheelevationof,andthroughthecommunicationinterfacewillbepartofdatabacktothefixedontheprogramMCU,makeitnomatterwhattimecanmakepanelsandthelightfromthesuntokeepthevertical.Theresearchanddevelopmentofthesolarenergytrackingsystem,reducethesolarenergywasteofresources,Improvedtheutilizationrateofthesolarenergy.Atthesametimethesolarenergyisakindofpollutionfree,tostrengthenthedevelopmentofsolarenergy,tosavetheenergy,protecttheenvironmentalsohassignificantmeaning.Keywords：steppermotor；solarpowertrack；photosensor目錄第1章緒論11.1課題研究背景與意義11.2太陽(yáng)能光跟蹤裝置的現(xiàn)有科技水平3太陽(yáng)能利用的開(kāi)展現(xiàn)狀3太陽(yáng)能光跟蹤裝置的開(kāi)展現(xiàn)狀51.3指標(biāo)參數(shù)6第2章太陽(yáng)能光跟蹤裝置的方案論證72.1跟蹤方式的選擇72.2單片機(jī)的選擇92.3步進(jìn)電機(jī)的選擇102.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇10第3章整體電路設(shè)計(jì)123.1系統(tǒng)總體框圖123.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案分析13光源檢測(cè)局部設(shè)計(jì)方案分析13單片機(jī)設(shè)計(jì)方案分析133.2.3DC/DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方案分析13光源跟蹤局部設(shè)計(jì)方案分析13通信模塊設(shè)計(jì)方案分析133.3整體電路原理說(shuō)明14第4章各單元電路的設(shè)計(jì)與分析164.1信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)164.1.1LM324功能介紹16信號(hào)轉(zhuǎn)換電路164.2單片機(jī)及外圍電路的設(shè)計(jì)174.2.1ATmega16單片機(jī)功能簡(jiǎn)介174.2.2ATmega16單片機(jī)引腳說(shuō)明19單片機(jī)最小系統(tǒng)214.3步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)22步進(jìn)電機(jī)特性介紹224.3.2THB6016H功能簡(jiǎn)介224.3.3THB6016H引腳說(shuō)明22步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路244.4DC/DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)254.4.1LM2575功能簡(jiǎn)介254.4.2LM2575引腳說(shuō)明264.4.3DC/DC轉(zhuǎn)換電路264.5通信接口的設(shè)計(jì)284.5.1RS485通信方式的介紹284.5.2MAX485功能簡(jiǎn)介284.5.3MAX485引腳說(shuō)明294.5.4RS485接口定義介紹294.5.5DB9引腳說(shuō)明30通信接口電路31第5章系統(tǒng)軟件說(shuō)明325.1主程序流程圖325.2步進(jìn)電機(jī)控制子程序335.3通信局部控制子程序34第6章測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果366.1對(duì)DC/DC電路的測(cè)試36測(cè)試連線框圖36測(cè)試條件與儀器36測(cè)試結(jié)果366.2對(duì)步進(jìn)電機(jī)的測(cè)試37測(cè)試條件與儀器37測(cè)試方案37測(cè)試結(jié)果37第7章結(jié)論39參考文獻(xiàn)40致謝42附錄Ⅰ英文資料43附錄Ⅱ電路原理圖50附錄Ⅲ元器件清單51附錄Ⅳ局部程序代碼53緒論課題研究背景與意義隨著時(shí)代的前進(jìn)，人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展速度日益增加，但是與此同時(shí)人類社會(huì)的負(fù)擔(dān)和責(zé)任也隨之增加。能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開(kāi)展的根底，社會(huì)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展得越快，人類對(duì)能源的需求就越大，利用能源時(shí)可能對(duì)環(huán)境造成較大程度的破壞。當(dāng)前，包括我國(guó)在內(nèi)的絕大多數(shù)國(guó)家都以石油、天然氣和煤炭等礦物燃料為主要能源，然而長(zhǎng)期以來(lái)，世界能源主要依靠的石油和煤炭等礦物燃料，都是一次性不可再生資源，儲(chǔ)量有限，而且燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的二氧化碳，造成地球氣溫升高，生態(tài)環(huán)境惡化。隨著礦物燃料的日漸枯竭和全球環(huán)境的不斷惡化，很多國(guó)家都在認(rèn)真探索能源多樣化的途徑，積極開(kāi)展新能源和可再生能源的研究和開(kāi)發(fā)工作。雖然如今煤炭、石油、天然氣等礦物燃料仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，但人們?duì)核能以及太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水能、生物能等可持續(xù)能源資源的利用日益重視，在整個(gè)能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)90年代，全球煤炭和石油的發(fā)電量每年增長(zhǎng)l%，而太陽(yáng)能發(fā)電每年增長(zhǎng)達(dá)20%，風(fēng)力發(fā)電的年增長(zhǎng)率更是高達(dá)26%。預(yù)計(jì)在未來(lái)5至10年內(nèi)，可持續(xù)能源將能夠與礦物燃料相抗衡，從而結(jié)束礦物燃料一統(tǒng)天下的局面。基于當(dāng)今世界能源問(wèn)題和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題已成為全球的一個(gè)“人類面臨的最大威脅〞的嚴(yán)重問(wèn)題，目前礦物燃料提供了世界商業(yè)能源的95%，且其使用在世界范圍內(nèi)以每10年20%的速度增長(zhǎng)。這些燃料的燃燒構(gòu)成改變氣候的溫室氣體的最大排放源，按照可持續(xù)開(kāi)展的目標(biāo)模式，決不能單靠消耗礦物原料來(lái)維持日益增長(zhǎng)的能源需求。因此越來(lái)越多的國(guó)家都在致力于對(duì)可再生能源的深度開(kāi)發(fā)和廣泛利用。其中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)前景廣闊。太陽(yáng)能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這就對(duì)太陽(yáng)能的收集和利用提出了更高的要求。太陽(yáng)能作為一種新能源，它與常規(guī)能源相比有四大優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)量的“無(wú)限性〞，太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用能量巨大。太陽(yáng)放射的總輻射能量大約是3.75×1021kW，極其巨大的。其中到達(dá)地球的能量高達(dá)1.73×1011kW,穿過(guò)大氣層到達(dá)地球外表的太陽(yáng)輻射能大約為8.1×1013kW。在到達(dá)地球外表的太陽(yáng)輻射能中，到達(dá)地球陸地外表的輻射能大約為1.7×1013kW，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬(wàn)五千多倍。太陽(yáng)的壽命至少尚有40億年，相對(duì)于人類歷史來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)可源源不斷供應(yīng)地球能源的時(shí)間可以是無(wú)限的。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性〞，取之不盡，用之不竭。這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類解決常規(guī)能源缺乏、枯竭的最有效途徑。存在的普遍性，雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。利用的清潔性，太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類理想的替代能源。利用的經(jīng)濟(jì)性，可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅〞，可以隨地取用；二是在目前的技術(shù)開(kāi)展水平下，有些太陽(yáng)能利用己具經(jīng)濟(jì)性。隨著科技的開(kāi)展以及人類開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。太陽(yáng)能的利用也有它的缺點(diǎn)：第一，能流密度較低，日照較好的，地面上1平方米的面積所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相當(dāng)大的采光集熱面才能滿足使用要求，從而使裝置地面積大，用料多，本錢增加。第二，大氣影響較大，給使用帶來(lái)不少困難。盡管相繼研究出一系列的太陽(yáng)能裝置如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能枯燥器、太陽(yáng)能電池等等，但太陽(yáng)能的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，究其原因，主要是利用率不高。就目前的太陽(yáng)能裝置而言，如何最大限度的提高太陽(yáng)能的利用率，仍為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。解決這一問(wèn)題應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是提高太陽(yáng)能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，二是提高太陽(yáng)能的接收效率，前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)那么可解決。太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)為解決這一問(wèn)題提供了可能。不管哪種太陽(yáng)能利用設(shè)備，如果它的集熱裝置能始終保持與太陽(yáng)光垂直，并且收集更多方向上的太陽(yáng)光，那么，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽(yáng)能。但是太陽(yáng)每時(shí)每刻都是在運(yùn)動(dòng)著，集熱裝置假設(shè)想收集更多方向上的太陽(yáng)光，那就必須要跟蹤太陽(yáng)。太陽(yáng)能的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差很大，固定安裝方式全天平均日照有效時(shí)間約為3.5小時(shí)，而太陽(yáng)能跟蹤能使發(fā)電量增加45%，精確的跟蹤太陽(yáng)可使接收器的接收效率大大提高，進(jìn)而提高了太陽(yáng)能裝置的太陽(yáng)能利用率，拓寬了太陽(yáng)能的利用領(lǐng)域。本課題的目的是為了更充分的利用太陽(yáng)能、提高太陽(yáng)能的利用率，而進(jìn)行太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究，這對(duì)我們面臨的能源問(wèn)題有重大的意義。同時(shí)太陽(yáng)能又是一種無(wú)污染的清潔能源，加強(qiáng)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)，對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境也有重大的意義。太陽(yáng)能光跟蹤裝置的現(xiàn)有科技水平太陽(yáng)能利用的開(kāi)展現(xiàn)狀太陽(yáng)能應(yīng)用包括太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)能熱利用。太陽(yáng)能發(fā)電又分為光伏發(fā)電，光化學(xué)發(fā)電，光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽(yáng)光輻射能，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式，光伏發(fā)電是當(dāng)今太陽(yáng)能發(fā)電的主流。世界光伏產(chǎn)業(yè)從1999年的201MW增加到2005年的1100MW。目前以32.1%的年平均增長(zhǎng)率高速開(kāi)展，位于世界能源發(fā)電市場(chǎng)增長(zhǎng)率的首位。日本通產(chǎn)省(MITI)第二次新能源分委會(huì)宣布了光伏、風(fēng)能和太陽(yáng)熱利用方案，2023年光伏發(fā)電裝機(jī)容量到達(dá)5GW。歐盟的可再生能源白皮書(shū)及相伴隨的“起飛運(yùn)動(dòng)〞是驅(qū)動(dòng)歐洲光伏開(kāi)展的里程碑，總目標(biāo)是2023年光伏發(fā)電裝機(jī)容量到達(dá)3GW。美國(guó)能源部制定了從2000年1月1日開(kāi)始的5年國(guó)家光伏方案和2023～2030年的長(zhǎng)期規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)美國(guó)能源、環(huán)境、社會(huì)開(kāi)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導(dǎo)地位的戰(zhàn)略目標(biāo)。按照預(yù)計(jì)的開(kāi)展速度，2023年美國(guó)光伏銷售到達(dá)4.7GW。開(kāi)展中國(guó)家的光伏產(chǎn)業(yè)近幾年一直保持世界光伏組件產(chǎn)量的10%左右。預(yù)測(cè)未來(lái)10年仍將保持10%或稍高的開(kāi)展水平，到達(dá)1.5GW(約10.6%)。其中印度近幾年開(kāi)展迅速,居開(kāi)展中國(guó)家領(lǐng)先地位,目前光伏系統(tǒng)的年生產(chǎn)量約10MW，累計(jì)安裝量40～50MW。因此，到2023年世界光伏系統(tǒng)累計(jì)安裝容量已經(jīng)到達(dá)14～15GW。日本是世界上太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用第一大國(guó)，也是太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)強(qiáng)國(guó)。日本太陽(yáng)熱能的利用，從1979年第二次石油危機(jī)后開(kāi)始，1990年進(jìn)入普及頂峰。太陽(yáng)能技術(shù)日益創(chuàng)新，能量轉(zhuǎn)換率不斷提高，本錢也是新能源中最低的。日本將太陽(yáng)能的利用分為太陽(yáng)光能和熱能兩種。太陽(yáng)光能發(fā)電，是利用半導(dǎo)體硅等將光轉(zhuǎn)化為電能。從2000年起，日本太陽(yáng)能發(fā)電量一直居世界首位，2003年太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量約為86萬(wàn)千瓦，占世界太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量的49.1%，并方案到2023年到達(dá)482萬(wàn)千瓦，增加約6倍。德國(guó)對(duì)太陽(yáng)能資源的利用可追溯到20世紀(jì)70年代，現(xiàn)在德國(guó)已經(jīng)在太陽(yáng)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、規(guī)劃和安裝等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了一系列高效的太陽(yáng)能系統(tǒng)。1990年德國(guó)政府推出了“一千屋頂方案〞，至1997年已完成近萬(wàn)套屋頂系統(tǒng)，每套容量1～5千瓦，累計(jì)安裝量已達(dá)3.3萬(wàn)千瓦。根據(jù)德國(guó)聯(lián)邦太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)的數(shù)字，在過(guò)去的幾年中，德國(guó)太陽(yáng)能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了5倍，增速比其他國(guó)家平均水平高出一倍。另?yè)?jù)德新社報(bào)道，全球最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠已在德國(guó)南部巴伐利亞州正式投入運(yùn)營(yíng)。這家太陽(yáng)能發(fā)電廠投資7000萬(wàn)歐元，占地77萬(wàn)平方米，發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)12兆瓦，能為3500多個(gè)家庭供電。截至2005年年底，德國(guó)共有670萬(wàn)平方米的屋頂鋪設(shè)了太陽(yáng)能集熱器，每年可生產(chǎn)4700兆瓦的熱量。已用4%的德國(guó)家庭利用了清潔環(huán)保、用之不竭的太陽(yáng)能，估計(jì)每年可節(jié)約2.7億升取暖用油。目前，美國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電已經(jīng)形成了從多晶硅材料提純、光伏電池生產(chǎn)到發(fā)電系統(tǒng)制造比擬完備的生產(chǎn)體系。2005年，美國(guó)光伏發(fā)電總?cè)萘康竭_(dá)100萬(wàn)千瓦，排在日本和德國(guó)之后，居世界第3位。為了降低太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)本錢，美國(guó)政府最近制定了陽(yáng)光方案，大幅度增加了光伏發(fā)電的財(cái)政投入，加快多晶硅和薄膜半導(dǎo)體材料的研發(fā)，提高太陽(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率。目前，美國(guó)正在新建幾座新的太陽(yáng)能電站。預(yù)計(jì)到2023年，美國(guó)光伏發(fā)電本錢將從現(xiàn)在的21～40美分/千瓦時(shí)降到6美分/千瓦時(shí)，屆時(shí)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)大大增強(qiáng)。太陽(yáng)能在能源開(kāi)展中占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，據(jù)美國(guó)博士對(duì)世界一次能源替代趨勢(shì)的研究結(jié)果說(shuō)明，到2050年后，核能將占第一位，太陽(yáng)能占第二位，21世紀(jì)末，太陽(yáng)能將取代核能占第一位，很多國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能的利用加強(qiáng)了重視。意大利1998年開(kāi)始實(shí)行“全國(guó)太陽(yáng)能屋頂方案〞，將于2002年完成，總投入5500億里拉，總?cè)萘窟_(dá)5萬(wàn)千瓦。印度也于1997年12月宣布，將在2002年前推廣150萬(wàn)套太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)。法國(guó)已經(jīng)批準(zhǔn)了代號(hào)為“太陽(yáng)神2006〞的太陽(yáng)能利用方案，按照該方案，每年將投入3000萬(wàn)法郎資金，到2006年，法國(guó)每年安裝太陽(yáng)能熱水器的用戶達(dá)2萬(wàn)家。我國(guó)地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣闊。我國(guó)的國(guó)土跨度從南至北，自西至東，距離都在5000km以上，總面積達(dá)960萬(wàn)平方公里，占世界陸地總面積的7%，居世界第三位。在我國(guó)廣闊富饒的土地上，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。全國(guó)各地太陽(yáng)能輻射量為33408400MJ/(m2.a)，中值為5852MJ/〔m2·a〕。我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富和比擬豐富的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)大于2200h，太陽(yáng)輻射總量高于50165852MJ/〔m2·a〕，面積約占全國(guó)總面積的2/3以上。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的重要方式，隨著國(guó)家西部開(kāi)發(fā)政策的推行及光明工程的實(shí)施，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)取得了較快開(kāi)展。目前我國(guó)已建成的較大的光伏電站有西藏雙湖25千瓦光伏電站，西藏安多100千瓦光伏電站以及目前中國(guó)最大的新疆北塔山牧場(chǎng)150千瓦太陽(yáng)能光伏電站等。這些電站都建在光照充足，地理位置偏僻，電網(wǎng)不能到達(dá)的地區(qū)。近來(lái)一些幾瓦到幾百瓦的中小型光伏發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)也出現(xiàn)在生活中，如太陽(yáng)能交通警示燈，高速公路上的太陽(yáng)能廣告牌，太陽(yáng)能路燈等。2005年我國(guó)系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量為70MW，《中華人民共和國(guó)可再生能源法》，承諾2023年太陽(yáng)能光伏累計(jì)裝機(jī)容量450MW。從國(guó)家發(fā)改委制定的中長(zhǎng)期規(guī)劃看，2006-2023年每年的平均裝機(jī)容量約60MW。我國(guó)由建設(shè)部制定的《建筑節(jié)能“九五〞方案和2023年規(guī)那么》中已將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)列入成果推廣工程。目前我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的推廣普及十分迅速，1997年銷售面積近300萬(wàn)平方米，數(shù)量居世界首位。全國(guó)從事太陽(yáng)能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達(dá)1000余家，年產(chǎn)值20億元。根據(jù)我國(guó)1996～2023年太陽(yáng)能光電PV〔光伏發(fā)電〕開(kāi)展方案，在2000年和2023年的太陽(yáng)能光電總?cè)萘繉⒎謩e到達(dá)6.6萬(wàn)千瓦和30萬(wàn)千瓦。在聯(lián)網(wǎng)陽(yáng)光電站建設(shè)方面，方案2023年前建成5座MW級(jí)陽(yáng)光電站。由國(guó)家投資1700萬(wàn)元修建的西藏第三座太陽(yáng)能電站——安多光伏電站，總裝機(jī)容量100千瓦，于1998年12月建成發(fā)電。這也是世界海拔最高、中國(guó)裝機(jī)容量最大的太陽(yáng)能電站?？傊?，大力開(kāi)展太陽(yáng)能利用技術(shù)，使節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的重要途徑。太陽(yáng)能光跟蹤裝置的開(kāi)展現(xiàn)狀現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有的跟蹤裝置的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種。單軸跟蹤一般采用：傾斜布置東西跟蹤；焦線南北水平布置，東西跟蹤；焦線東西水平布置，南北跟蹤。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動(dòng)的南北向或東西向跟蹤，工作原理根本相似。雙軸跟蹤又可以分為兩種方式：極軸式全跟蹤和高度一方位角式全跟蹤。太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換局部的一軸指向天球北極，即與地球自轉(zhuǎn)軸相平行，故稱為極軸；另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。工作時(shí)太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換局部所在平面繞極軸運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速的設(shè)定與地球自轉(zhuǎn)角速度大小相同方向相反用以跟蹤太陽(yáng)方位角:反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)是為了適應(yīng)太陽(yáng)高度角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整。這種跟蹤方式并不復(fù)雜，但在結(jié)構(gòu)上反射鏡的重量不通過(guò)極軸軸線，極軸支承裝置的設(shè)計(jì)比擬困難。目前，國(guó)外對(duì)于太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤裝置(或稱為太陽(yáng)跟蹤器)的研究有，美國(guó)Blackace，在1997年研制了單軸太陽(yáng)跟蹤器，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向那么通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器對(duì)太陽(yáng)能的熱接收率提高了15%。1998年美國(guó)加州成功的研究了ATM兩軸跟蹤器，并在太陽(yáng)能面板上裝有集中陽(yáng)光的透鏡，這樣可以使小塊的太陽(yáng)能面板硅收集更多的能量，使效率進(jìn)一步提高。1998年美國(guó)加州成功的研究了八JM兩軸跟蹤器，并在太陽(yáng)能面板上裝有集中陽(yáng)光的涅耳透鏡，這樣可以使小塊的太陽(yáng)能面板硅收集更多能量，使熱收率進(jìn)一步提JoeLH.Godman研制了活動(dòng)太陽(yáng)能方位跟蹤裝置，該裝置通過(guò)大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)使太陽(yáng)能接收器可從東到西跟蹤太陽(yáng)，這個(gè)方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽(yáng)能收集器可以從東到西跟蹤太陽(yáng)，以提高夏季能量的獲取率。2002年2月美國(guó)亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽(yáng)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)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。1994年在德國(guó)北部，太陽(yáng)能廚房投入使用，該廚房也采用了單軸太陽(yáng)能跟蹤裝置1321。捷克科學(xué)院物理研究所那么以形狀記憶合金調(diào)節(jié)器為根底，通過(guò)日照溫度的變化實(shí)現(xiàn)了單軸被動(dòng)式太陽(yáng)跟蹤。我國(guó)幅員廣闊，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。據(jù)估算，我國(guó)陸地外表每年接收的太陽(yáng)輻射能約為50×1018KJ，全國(guó)各地太陽(yáng)年輻射總量達(dá)335～837KJ/cm2·A，中值為586KJ/cm2·A。從全國(guó)太陽(yáng)年輻射總量的分布來(lái)看，西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古南部、山西、陜西北部、河北、山東、遼寧、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南島東部和西部以及臺(tái)灣省的西南部等廣闊地區(qū)的太陽(yáng)輻射總量很大。尤其是青藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低，日照時(shí)間長(zhǎng)。例如被人們稱為“日光城〞的拉薩市，1961年至1970年的平均值，年平均日照時(shí)間為3005.7h，相對(duì)日照為68％，年平均晴天為108.5天，陰天為98.8天，年平均云量為4.8，太陽(yáng)總輻射為816KJ/cm2·A，比全國(guó)其它省區(qū)和同緯度的地區(qū)都高。全國(guó)以四川和貴州兩省的太陽(yáng)年輻射總量最小，其中尤以四川盆地為最，那里雨多、霧多，晴天較少。例如素有“霧都〞之稱的成都市，年平均日照時(shí)數(shù)僅為1152.2h，相對(duì)日照為26％，年平均晴天為24.7天，陰天達(dá)244.6天，年平均云量高達(dá)8.4天，其它地區(qū)的太陽(yáng)年輻射總量居中。在太陽(yáng)能跟蹤方面，我國(guó)在1997年研制了單軸太陽(yáng)跟蹤器，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向那么通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器的接收效率提高了。在國(guó)內(nèi)近年來(lái)有不少專家學(xué)者也相繼開(kāi)展了這方面的研究，1992年推出了太陽(yáng)灶自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，1994年《太陽(yáng)能》雜志介紹的單軸液壓自動(dòng)跟蹤器，完成了單向跟蹤。指標(biāo)參數(shù)本裝置通過(guò)單片機(jī)的控制，可以跟隨太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)調(diào)整采光局部的方向，使太陽(yáng)光與采光局部始終保持垂直，到達(dá)最大限度利用太陽(yáng)能的目的。裝置能夠到達(dá)以下指標(biāo)：光伏組件端電壓36V，蓄電池電壓24V，光源位置檢測(cè)精度0.25°/分鐘，步進(jìn)角度<0.1°，采用RS485標(biāo)準(zhǔn)通信方式。太陽(yáng)能光跟蹤裝置的方案論證跟蹤方式的選擇目前國(guó)內(nèi)外采用的跟蹤太陽(yáng)的方法有很多，但主要采用的方式有以下幾種：程序控制式跟蹤；時(shí)鐘式跟蹤；視日軌跡跟蹤；光電式跟蹤。下面就這兩種跟蹤方案做一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹和比擬。方案一：程序控制式跟蹤程序控制式太陽(yáng)跟蹤方式是與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的。首先利用一套公式通過(guò)計(jì)算機(jī)算出在給定時(shí)間的太陽(yáng)的位置，再計(jì)算出跟蹤裝置被要求的位置，最后通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)裝置到達(dá)要求的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)高度角和方位角的跟蹤。在美國(guó)加州建成的10MW太陽(yáng)1號(hào)塔式電站，就是使用這種控制系統(tǒng)，在總計(jì)28萬(wàn)平方米的范圍內(nèi)分散著1818塊反射鏡。首先計(jì)算出太陽(yáng)的位置，然后求出每個(gè)反射鏡要求的位置，再通過(guò)固定在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(高度角和方位角跟蹤軸)上的13位增量式編碼器得到反射鏡的實(shí)際位置，最后把反射鏡要求所處的位置同實(shí)際上所處的位置進(jìn)行比擬，偏差信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)122.5W的支流電機(jī)，使反射裝置對(duì)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤。這種跟蹤裝置在多云天氣下仍可正常工作，但是存在累計(jì)誤差，并且自身不能消除。方案二：時(shí)鐘式跟蹤時(shí)鐘式太陽(yáng)跟蹤方式是一種被動(dòng)式的跟蹤方式，有單軸和雙軸兩種形式，其控制方法是定時(shí)法。根據(jù)太陽(yáng)在天空中每分鐘的運(yùn)動(dòng)角度，計(jì)算出太陽(yáng)光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而確定出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得太陽(yáng)光接收器根據(jù)太陽(yáng)的位置而相應(yīng)變動(dòng)。雙軸跟蹤器的主要結(jié)構(gòu)是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)反射器以每小時(shí)15度的恒速繞日軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以跟蹤太陽(yáng)的赤經(jīng)運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)反射器以每天以巧分的恒速繞季軸旋轉(zhuǎn)，以跟蹤太陽(yáng)的赤緯運(yùn)動(dòng)。這樣反射器就能全年和入射陽(yáng)光相垂直，到達(dá)跟蹤太陽(yáng)的目的。為了完成這兩個(gè)方向上的跟蹤，機(jī)構(gòu)應(yīng)該采用子午坐標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。這種跟蹤裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，并且該裝置的控制系統(tǒng)也十分簡(jiǎn)單。其主要缺點(diǎn)是跟蹤精度不夠。太陽(yáng)的高度角隨季節(jié)的變化不是均勻的，對(duì)這種屬于被動(dòng)式的跟蹤裝置，單軸跟蹤系統(tǒng)需要在每天開(kāi)始工作時(shí)調(diào)整角度以對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，雙軸跟蹤系統(tǒng)累積誤差比擬大，需要定期進(jìn)行校正。方案三：視日軌跡跟蹤不管是采用極軸坐標(biāo)系統(tǒng)還是地平坐標(biāo)系統(tǒng)，太陽(yáng)運(yùn)行的位置變化都是可以預(yù)測(cè)的，通過(guò)數(shù)學(xué)上對(duì)太陽(yáng)軌跡的預(yù)測(cè)可完成對(duì)日跟蹤。太陽(yáng)跟蹤裝置采用地平坐標(biāo)系較為直觀方便，操作性強(qiáng)，但也存在軌跡坐標(biāo)計(jì)算沒(méi)有具體公式可用的問(wèn)題。而在赤道坐標(biāo)系中赤緯角和時(shí)角在日地相對(duì)運(yùn)動(dòng)中任何時(shí)刻的具體值卻嚴(yán)格，同時(shí)赤道坐標(biāo)系和地平坐標(biāo)系都與地球運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，于是通過(guò)天文三角形之間的關(guān)系式可以得到太陽(yáng)和觀測(cè)者位置之間的關(guān)系。根據(jù)太陽(yáng)軌跡算法的分析，太陽(yáng)軌跡位置由觀測(cè)點(diǎn)的地理位置和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間來(lái)確定。在應(yīng)用中，全球定位系統(tǒng)(GPS)可為系統(tǒng)提供精度很高的地理經(jīng)緯度和當(dāng)?shù)貢r(shí)間，控制系統(tǒng)那么根據(jù)提供的地理、時(shí)間參數(shù)來(lái)確定即時(shí)的太陽(yáng)位置，以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位和跟蹤的高準(zhǔn)確性和高可靠性。在設(shè)定跟蹤地點(diǎn)和基準(zhǔn)零點(diǎn)后，控制系統(tǒng)會(huì)按照太陽(yáng)的地平坐標(biāo)公式自動(dòng)運(yùn)算太陽(yáng)的高度角和方位角。然后控制系統(tǒng)根據(jù)太陽(yáng)軌跡每分鐘的角度變化發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)跟蹤裝置兩維轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和方向變化。在日落后，跟蹤裝置停止跟蹤，按照原有跟蹤路線返回到基準(zhǔn)零點(diǎn)。由此可以看出，該種跟蹤方案不管采取何種算法，算法過(guò)程都十分復(fù)雜，計(jì)算量的增大會(huì)增加控制系統(tǒng)的本錢。而且這種跟蹤裝置為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，無(wú)角度反響值做比擬，因而為了到達(dá)高精度跟蹤的要求，不僅對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工水平有較嚴(yán)格的要求，而且與儀器的安裝是否正確關(guān)系極為密切。工程生產(chǎn)中必須要求機(jī)械結(jié)構(gòu)加工精度足夠高。初始化安裝時(shí)，儀器的中心南北線與觀測(cè)點(diǎn)的地理南北線要求重合。同時(shí)，還要通過(guò)儀器底部的水平準(zhǔn)直儀將底面調(diào)節(jié)到與地面保持水平，使儀器的高度角零點(diǎn)處于地面水平面內(nèi)。方案四：光電式跟蹤光電式太陽(yáng)跟蹤首先設(shè)置一個(gè)圓筒形外殼，在圓筒內(nèi)部，東、南、西、北和中心五個(gè)位置上也分別布置5只光電阻，其中一對(duì)光電阻東西對(duì)稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來(lái)精確檢測(cè)太陽(yáng)由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度，另一對(duì)光電阻南北對(duì)稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來(lái)精確檢測(cè)太陽(yáng)的視高度，中心位置的光電阻用來(lái)檢測(cè)入射光線是否與跟蹤裝置主光軸平行。如此來(lái)測(cè)定入射太陽(yáng)光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過(guò)一個(gè)值時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整跟蹤裝置的位置，直到使太陽(yáng)光線與跟蹤裝置光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)高度角和方位角的跟蹤。與前三種跟蹤裝置相比，光電式跟蹤器可通過(guò)反響消除誤差，控制較精確，電路也比擬容易實(shí)現(xiàn)，受到普遍關(guān)注，原那么上光電式跟蹤由三大部件組成：光源檢測(cè)部件、控制部件、跟蹤部件。光源檢測(cè)部件主要由性能經(jīng)過(guò)挑選的光敏傳感器組成，如四象限光電池、光敏電阻等?？刂撇考饕邮軓墓庠礄z測(cè)部件傳輸?shù)奈⑷跣盘?hào)，經(jīng)放大后送到單片機(jī)進(jìn)行分析處理，控制部件是整個(gè)裝置的核心。跟蹤部件實(shí)為跟蹤裝置的執(zhí)行元件，執(zhí)行單片機(jī)發(fā)出的命令，主要由電機(jī)組成。由上述介紹可知，程序控制式跟蹤存在累計(jì)誤差，并且自身不能消除。時(shí)鐘式跟蹤屬于被動(dòng)式的跟蹤，單軸跟蹤系統(tǒng)需要在每天開(kāi)始工作時(shí)調(diào)整角度以對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，雙軸跟蹤系統(tǒng)累積誤差比擬大，需要定期進(jìn)行校正。視日軌跡跟蹤存在許多局限性，主要是在開(kāi)始運(yùn)行前需要精確定位，出現(xiàn)誤差后不能自動(dòng)調(diào)整等。因此使用此跟蹤方法時(shí)，需要定期的人為調(diào)整跟蹤裝置的方向。而光電跟蹤那么不同，當(dāng)跟蹤裝置開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，光敏傳感器初始定位，在運(yùn)行當(dāng)中，以程序控制為主，角度傳感器瞬時(shí)測(cè)量作反響，對(duì)程序進(jìn)行累積誤差修正。這樣能在任何氣候條件下使太陽(yáng)能裝置得到穩(wěn)定、可靠并且最大限度的利用太陽(yáng)能。方案四跟蹤精度高，工作過(guò)程穩(wěn)定，應(yīng)用于目前許多太陽(yáng)能發(fā)電裝置。所以選擇方案四。單片機(jī)的選擇目前市面上的單片機(jī)多種多樣，其中AT89C51與ATmega16是其中應(yīng)用比擬廣泛的兩種，它們都具有很高的性能價(jià)格比。方案一：AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器〔PEROM〕和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器〔CPU〕和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。方案二：ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。ATmega16內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用存放器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作存放器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比擬模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C)，片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP封裝)的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。由于系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電，應(yīng)當(dāng)把系統(tǒng)的功耗降到最低，ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。所以選擇方案二。步進(jìn)電機(jī)的選擇裝置的跟蹤局部采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此非常適合單片機(jī)控制，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)了電動(dòng)機(jī)的開(kāi)展，為電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。按勵(lì)磁方式分類，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為3大類：反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本錢低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。永磁式步進(jìn)電功機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的。轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。它的輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性好。轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同，所以步距角一般較大。需供應(yīng)正負(fù)脈沖信號(hào)。又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。移或直線位移，即給一個(gè)沖信?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱為感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它綜合了反響式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的輸出轉(zhuǎn)矩，動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，是一種很有開(kāi)展前途的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。綜上所述裝置選用混合式步進(jìn)電機(jī)作為裝置的跟蹤局部。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇考慮到系統(tǒng)的供電采用太陽(yáng)能供電，太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化的電能不能全部用于供電，所以驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)該選取低功耗、外圍電路器件較少的芯片。方案一：選用ULN2003，目前ULN2003是比擬常用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝，NPN晶體管矩陣，最大驅(qū)動(dòng)電壓=50V，電流=500mA，輸入電壓=5V，適用于TTLCOMS，由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。它的輸出端允許通過(guò)電流為200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開(kāi)路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉2K的電阻較為適宜，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。方案二：選用THB6016H，THB6016H是低功耗、高集成的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片內(nèi)置雙全橋MOSFET驅(qū)動(dòng)、溫度保護(hù)及過(guò)流保護(hù)，每相額定電流2.5A、最大峰值3.5A，最大工作電壓40V，最小4.5V，外圍電路簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便。通過(guò)上述介紹可知ULN2003工作電壓高，工作電流大，不適合用于本裝置，相比之下THB6016H對(duì)于本裝置更加適用，所以選擇方案二。整體電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計(jì)包括傳感器、步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)、通信接口以及相應(yīng)的外圍電路等。太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，分別為水平方向和垂直仰角，由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。光源的位置檢測(cè)由五個(gè)光敏傳感器來(lái)完成，傳感器分別放置在檢測(cè)面板的上下左右和中心位置，左右兩個(gè)傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置，上下兩個(gè)傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)太陽(yáng)高度的變化，中心位置的傳感器負(fù)責(zé)校準(zhǔn)太陽(yáng)光是否與采光局部的垂直。裝置通過(guò)檢測(cè)局部采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將檢測(cè)信號(hào)傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)加電復(fù)位后，并將對(duì)采樣進(jìn)來(lái)的電壓進(jìn)行判斷，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)分別對(duì)水平方向和垂直仰角做出相應(yīng)的調(diào)整，即電壓有增大和減小兩種可能，如果電壓增大，那么電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，反之減小，單片機(jī)將立即發(fā)出信號(hào)，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的跟蹤，并通過(guò)通信接口將數(shù)據(jù)傳輸出來(lái)?？傮w框圖如圖3.1所示。光光敏傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路ATmega16主控單片電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片橫向步進(jìn)電機(jī)縱向步進(jìn)電機(jī)光伏電源DC/DC電路RS485通信模塊圖3.1總體框圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案分析光源檢測(cè)局部設(shè)計(jì)方案分析光源檢測(cè)局部在跟蹤面板的東、南、西、北和中心五個(gè)位置上也分別布置5只光電阻，其中一對(duì)光電阻東西對(duì)稱安裝，用來(lái)精確檢測(cè)太陽(yáng)由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度，另一對(duì)光電阻南北對(duì)稱安裝，用來(lái)精確檢測(cè)太陽(yáng)的視高度，中心位置的光電阻用來(lái)檢測(cè)入射光線是否與跟蹤裝置主光軸平行。檢測(cè)局部采集到的信號(hào)還需要通過(guò)放大電路的放大，然后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上分析，這樣就能夠準(zhǔn)確判斷出當(dāng)前太陽(yáng)所在位置。單片機(jī)設(shè)計(jì)方案分析主控單片機(jī)采用ATmega16單片機(jī)，ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。ATmega16內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用存放器，支持片內(nèi)調(diào)試，三個(gè)具有比擬模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。能夠在降低功耗的情況下快速準(zhǔn)確的對(duì)數(shù)據(jù)做出處理和分析。DC/DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方案分析單片機(jī)需要5V電壓供電，所以要通過(guò)DC/DC電路將電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，使單片機(jī)能夠正常工作。電路通過(guò)LM2575芯片實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能，LM2575系列開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的1A集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，且內(nèi)部有完善的保護(hù)電路。光源跟蹤局部設(shè)計(jì)方案分析光源的跟蹤局部通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。能夠分步進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，可以準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置，從而對(duì)太陽(yáng)位置的跟蹤更加準(zhǔn)確。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用THB6016H，THB6016H是低功耗，高集成混合式兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。具有雙全橋MOSFET驅(qū)動(dòng)，有多種細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇，內(nèi)置溫度保護(hù)及過(guò)流保護(hù)，外圍電路簡(jiǎn)單能將功耗降低，且使用方便。通信模塊設(shè)計(jì)方案分析裝置采用RS485標(biāo)準(zhǔn)通信方式，RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以到達(dá)最大的通信距離，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。RS485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以到達(dá)128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。接口信號(hào)電平比RS232降低了，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。整體電路原理說(shuō)明ATmega16ATmega16單片機(jī)LM2575THB6016H橫向步進(jìn)電機(jī)光敏電阻MAX485PC機(jī)圖3.2器件組成框圖系統(tǒng)輸入端接五個(gè)光敏傳感器，對(duì)光源位置進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)光敏傳感器采集信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大，由輸出端連接到主控單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。由于系統(tǒng)供電采用太陽(yáng)能供電，所以主控單片機(jī)采用功耗較低的ATmega16單片機(jī)，ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。ATmega16內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用存放器，支持片內(nèi)調(diào)試，三個(gè)具有比擬模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。端口A做為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口B作為輸入使用時(shí)，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流，端口B也可以用做其他不同的特殊功能。端口C作為輸入使用時(shí)，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活，端口C也可以用做其他不同的特殊功能。端口D作為輸入使用時(shí)，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，那么端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。端口D也可以用做其他不同的特殊功能，RESET復(fù)位輸入引腳。XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端，XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。AREFA/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。單片機(jī)對(duì)傳輸進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行判斷，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的調(diào)整。由步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)電池板在水平方向和垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以到達(dá)對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行跟蹤的目的。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用THB6016H芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，THB6016H是低功耗，高集成混合式兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。每相額定電流2.5A、最大峰值3.5A，最大工作電壓40V、最小4.5V，外圍電路簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便。由于采用太陽(yáng)能供電，光伏組件端電壓為36V，蓄電池電壓為24V，而單片機(jī)工作需要5V電壓供電，需要通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換電路將24V電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓給單片機(jī)供電。電路通過(guò)LM2575芯片實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能，輸入電容應(yīng)大于47μF，并要求盡量靠近電路。輸出電容使用的電容量為100μF～470μF，其耐壓值應(yīng)大于額定輸出的1.5～2倍。對(duì)于5V電壓輸出，推薦使用耐壓值為16V的電容。二極管的額定電流值應(yīng)大于最大負(fù)載電流的1.2倍，但考慮到負(fù)載短路的情況，二極管的額定電流值應(yīng)大于LM2575的最大電流限制,另外二極管的反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓的1.25倍。VIN：未穩(wěn)壓電壓輸入端；OUTPUT：開(kāi)關(guān)電壓輸出，接電感及快恢復(fù)二極管；GND：公共端；FEEDBACK：反響輸入端；ON/OFF：控制輸入端，接公共端時(shí)，穩(wěn)壓電路工作；接高電平時(shí)，穩(wěn)壓電路停止。系統(tǒng)采用RS485標(biāo)準(zhǔn)通信方式，用MAX485芯片通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的DB9與PC機(jī)相連，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)上。各單元電路的設(shè)計(jì)與分析信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)LM324功能介紹圖4.1LM324引腳圖LM324內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，低功耗電流，適合于電池供電，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3—32V)，雙電源(±1.5—±16V)。在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括光源檢測(cè)電路和信號(hào)放大電路兩局部，輸入端接由光敏傳感器組成的光源檢測(cè)電路，其由五個(gè)光敏電阻安裝在同一塊面板上構(gòu)成，分別位于上下左右和中心位置，其上下為一組，檢測(cè)太陽(yáng)的垂直移動(dòng)；左右為—組，檢測(cè)太陽(yáng)的水平移動(dòng)；中間的一個(gè)為一組，為光線檢測(cè)，提供復(fù)位觸發(fā)。當(dāng)陽(yáng)光垂直射入時(shí)，照射不到四周的光敏電阻，只有陽(yáng)光光線發(fā)生傾斜即探頭不對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)才有可能使光線射到四周的光敏電阻。當(dāng)太陽(yáng)的水平或垂直位置發(fā)生偏移時(shí)，四個(gè)光敏電阻中必有一個(gè)受陽(yáng)光照射，通過(guò)光敏傳感器采集信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大，由輸出端連接到主控單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，這樣就可確認(rèn)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的方向了。信號(hào)放大電路由一個(gè)運(yùn)算放大器組成，根據(jù)放大倍數(shù)計(jì)算公式，選取R7=100k,R8=10k,放大倍數(shù)為：〔4-1〕同時(shí)為了消除偏置電壓，在運(yùn)算放大器的正向輸入端和地之間接入R6，大小選取為10k。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路如圖4.2所示。圖4.2信號(hào)轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)及外圍電路的設(shè)計(jì)ATmega16單片機(jī)功能簡(jiǎn)介主控單片機(jī)采用功耗較低的ATmega16單片機(jī)。ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作存放器。所有的存放器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的存放器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。為了獲得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線運(yùn)行，CPU在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令〔在本文稱為預(yù)取〕，這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行，程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的FLASH?？焖僭L問(wèn)存放器文件包括32個(gè)8位通用工作存放器，訪問(wèn)時(shí)間為一個(gè)時(shí)鐘周期，從而實(shí)現(xiàn)了單時(shí)鐘周期的ALU操作。在典型的ALU操作中，兩個(gè)位于存放器文件中的操作數(shù)同時(shí)被訪問(wèn)，然后執(zhí)行運(yùn)算，結(jié)果再被送回到存放器文件，整個(gè)過(guò)程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期。存放器文件里有6個(gè)存放器可以用作3個(gè)16位的間接尋址存放器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實(shí)現(xiàn)高效的地址運(yùn)算。其中一個(gè)指針還可以作為程序存儲(chǔ)器查詢表的地址指針。這些附加的功能存放器即為16位的X、Y、Z存放器。ALU支持存放器之間以及存放器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，ALU也可以執(zhí)行單存放器操作，運(yùn)算完成之后狀態(tài)存放器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。程序流程通過(guò)有/無(wú)條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來(lái)控制，從而直接尋址整個(gè)地址空間。大多數(shù)指令長(zhǎng)度為16位，亦即每個(gè)程序存儲(chǔ)器地址都包含一條16位或32位的指令。程序存儲(chǔ)器空間分為兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)程序區(qū)(Boot區(qū))和應(yīng)用程序區(qū)。這兩個(gè)區(qū)都有專門的鎖定位以實(shí)現(xiàn)讀和讀/寫(xiě)保護(hù)，用于寫(xiě)應(yīng)用程序區(qū)的SPM指令必須位于引導(dǎo)程序區(qū)。在中斷和調(diào)用子程序時(shí)返回地址的程序計(jì)數(shù)器(PC)保存于堆棧之中。堆棧位于通用數(shù)據(jù)SRAM，因此其深度僅受限于SRAM的大小，在復(fù)位例程里用戶首先要初始化堆棧指針SP。這個(gè)指針位于I/O空間，可以進(jìn)行讀寫(xiě)訪問(wèn)，數(shù)據(jù)SRAM可以通過(guò)5種不同的尋址模式進(jìn)行訪問(wèn)。AVR存儲(chǔ)器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)，AVR有一個(gè)靈活的中斷模塊，控制存放器位于I/O空間。狀態(tài)存放器里有全局中斷使能位，每個(gè)中斷在中斷向量表里都有獨(dú)立的中斷向量。各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級(jí)越高。I/O存儲(chǔ)器空間包含64個(gè)可以直接尋址的地址，作為CPU外設(shè)的控制存放器、SPI，以及其他I/O功能。映射到數(shù)據(jù)空間即為存放器文件之后的地址0x20~0x5F。ATmega16有如下特點(diǎn)：16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash〔具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW〕，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作存放器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比擬模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器〔T/C〕，片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益〔TQFP封裝〕的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式時(shí)CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時(shí)終止CPU和除了異步定時(shí)器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展Standby模式下那么允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。本芯片是以Atmel高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISPFlash允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(ApplicationFlashMemory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(BootFlashMemory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW操作。通過(guò)將8位RISCCPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash集成在一個(gè)芯片內(nèi)，ATmega16成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低本錢的解決方案。ATmega16具有一整套的編程與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，包括：C語(yǔ)言編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器/軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板。ATmega16單片機(jī)引腳說(shuō)明ATmega16管腳圖如圖4.3所示。圖4.3 ATmega16引腳圖ATmega16單片機(jī)各管腳名稱及各管腳功能如表4.1所示。表4.1ATmega16引腳功能管腳編號(hào)管腳符號(hào)功能描述1~8PB0~PB7端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。9RESET復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。10VCC電源正11GND電源地12XTAL2反向振蕩放大器的輸出端13XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端14~21PD0~PD7端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。22~29PC0~PC7端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。30AVCCAVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與VCC連接。31GND數(shù)字地32AREFA/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳33~40PA7~PA0端口A做為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A：端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。端口B：其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口C：其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能。端口D：其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，那么端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都以始終控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍的工作，因此，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)用于構(gòu)成震蕩器的高增益反相放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。外部時(shí)鐘方式使用現(xiàn)成的外部震蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空。本裝置采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，電路中的電容C2和C3的典型值通常選擇27pF，該電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的上下、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩器通常選擇8MHZ，晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行的速度也就越快。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電源接通時(shí)，只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。按鈕復(fù)位有電平和脈沖兩種方式，電平復(fù)位時(shí)通過(guò)/RESET端經(jīng)電阻與電源Vcc接通來(lái)實(shí)現(xiàn)，脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本裝置采用上電自動(dòng)復(fù)位，當(dāng)時(shí)鐘頻率為8MHz時(shí)，C選取0.1μF，R選取10kΩ。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖4.4所示。圖4.4單片機(jī)最小系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)特性介紹步進(jìn)電機(jī)特性：步距角，步距角指每給一個(gè)電脈沖信號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度。步進(jìn)電機(jī)的步距角是由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和電機(jī)的相數(shù)所決定。典型的混合式步進(jìn)電機(jī)是四相200步的電機(jī)，步距角為1.9。選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。矩角特性，矩角特性是指不改變各相繞組的通電狀態(tài)，即一相或幾相繞組同時(shí)通以直流電流時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系。響應(yīng)頻率，在某一頻率范圍內(nèi)步進(jìn)電機(jī)可以任意運(yùn)行而不會(huì)喪失一步，那么這一最大頻率稱為響應(yīng)頻率。通常用啟動(dòng)頻率f作為衡量的指標(biāo)。它是指在一定負(fù)載下直接啟動(dòng)而不失步的極限頻率，稱為極限啟動(dòng)頻率或突跳頻率。啟動(dòng)矩頻特性，在給定的驅(qū)動(dòng)條件下，負(fù)載慣量一定時(shí)，啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為啟動(dòng)矩頻特性，又稱牽入特性。運(yùn)行矩頻特性，在負(fù)載慣量不變時(shí)，運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為運(yùn)行矩頻特性，又稱牽出特性。慣頻特性，在負(fù)載力矩一定時(shí)，頻率和負(fù)載慣量之間的關(guān)系，稱為慣頻特性。慣頻特性分為啟動(dòng)慣頻特性和運(yùn)行慣頻特性。THB6016H功能簡(jiǎn)介THB6016H是低功耗，高集成混合式兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。每相額定電流2.5A、最大峰值3.5A，最大工作電壓40V、最小4.5V，具有雙全橋MOSFET驅(qū)動(dòng)，還具有1/2細(xì)分、1/4細(xì)分、1/8細(xì)分、1/16細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇，內(nèi)置溫度保護(hù)及過(guò)流保護(hù)，采用HZIP25-P-1.27封裝，外圍電路簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便。斬波頻率說(shuō)明：電容值：450P慢衰減：2細(xì)分?jǐn)夭〞r(shí)間：40us占空比〔高—低〕：4—36快衰減：16細(xì)分?jǐn)夭〞r(shí)間：40us占空比〔高—低〕：20—20電容值：150P慢衰減：2細(xì)分?jǐn)夭〞r(shí)間：15us占空比〔高—低〕：1.5—13.5快衰減：16細(xì)分?jǐn)夭〞r(shí)間：15us占空比〔高—低〕：7.5—7.5THB6016H引腳說(shuō)明THB6016H管腳圖如圖4.5所示。圖4.5THB6016H管腳圖THB6016H各管腳名稱及功能如表4.2所示。表4.2THB6016H引腳功能管腳編號(hào)輸入/輸出管腳符號(hào)功能描述1輸入TQ2驅(qū)動(dòng)電流大小控制端2輸入TQ1驅(qū)動(dòng)電流大小控制端3輸入CLK脈沖輸入端4輸入ENABLE使能端ENABLE＝0所有輸出為0，ENABLE=1正常工作5輸入RESET上電復(fù)位端6—SGND地線7—OSC斬波頻率控制端：C=1000PF，f=44KHz；C=330PF，f=130KHz8輸入VMB驅(qū)動(dòng)電源〔小于40VDC〕9輸出OUT_BM電機(jī)繞組B相10—PGNDB地線11—NFBB相電流檢測(cè)端，須大于0.2Ω12輸出OUT_BP電機(jī)繞組B相13輸出OUT_AM電機(jī)繞組A相14—NFAA相電流檢測(cè)端，須大于0.2Ω15—PGNDA地線16輸出OUT_AP電機(jī)繞組A相17輸出MO18輸入VMA驅(qū)動(dòng)電壓小于40VDC19輸出Protect溫度保護(hù)，芯片溫度大于150℃自動(dòng)斷開(kāi)所有輸出20輸入VDD5V穩(wěn)壓電源21輸入CW/CCW正反轉(zhuǎn)控制22輸入M2細(xì)分?jǐn)?shù)選擇端23輸入M1細(xì)分?jǐn)?shù)選擇端24輸入DCY2衰減方式控制端25輸入DCY1衰減方式控制端步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用THB6016H，電機(jī)的控制方式為抽頭式控制方式，在芯片的OSC引腳連接電容對(duì)斬波頻率進(jìn)行選擇，A相檢測(cè)端與B相檢測(cè)端與地之間需連接大于0.2Ω的電阻進(jìn)行保護(hù)，并在電源與地之間連接兩個(gè)去耦電容，以消除器件本身產(chǎn)生的噪聲和電源攜帶的噪聲對(duì)電路的干擾。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖4.6所示。圖4.6驅(qū)動(dòng)芯片外圍電路DC/DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)LM2575功能簡(jiǎn)介由于采用太陽(yáng)能供電，光伏組件端電壓為36V，蓄電池電壓為24V，而單片機(jī)工作需要5V電壓供電，需要通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換電路將24V電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓給單片機(jī)供電，電路通過(guò)LM2575芯片實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能。LM2575系列開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的1A集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等；芯片可提供外部控制引腳。是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品。該系列分為L(zhǎng)M1575、LM2575及LM2575HV三個(gè)系列，其中LM1575為軍品級(jí)產(chǎn)品，LM2575為標(biāo)準(zhǔn)電壓產(chǎn)品，LM2575HV為高電壓輸入產(chǎn)品。每一種產(chǎn)品系列均提供3.3V、5V、12V、15V及可調(diào)〔ADJ〕等多個(gè)電壓檔次產(chǎn)品。除軍品級(jí)產(chǎn)品外，其余兩個(gè)系列均提供TO-200直腳、TO-220彎腳、塑封DIP-16腳、外表安裝DIP-24腳、外表安裝T〕-263-5腳等多種封裝形式，并分別用后綴T、FlowLB3、N、M、S表示。對(duì)于5V輸出的LM2575產(chǎn)品，不同的封裝形式，其完整表示分別為L(zhǎng)M2575T-5.0、LM2575T-5.0FlowLB03、LM2575N-5.0、LM2575M-5.0、LM2575S-5.0。LM2575的內(nèi)部框圖如圖4.7所示，該框圖對(duì)應(yīng)于TO-220封裝的引腳。其中R1=1kΩ〔ADJ時(shí)開(kāi)路〕，R2分別為1.7kΩ〔3.3V〕、3.1kΩ〔5V〕、8.8kΩ〔12V〕、11.3kΩ〔15V〕和0〔ADJ〕，可以看出LM2575內(nèi)含52kHz振蕩器、基準(zhǔn)電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比擬器及內(nèi)部穩(wěn)壓等電路。將穩(wěn)壓輸出的電壓接到反響輸入端的目的是同內(nèi)部電壓基準(zhǔn)比擬，假設(shè)電壓偏低，那么用放大器來(lái)控制內(nèi)部振蕩器以提高輸出占空比，從而提高輸出電壓。圖4.7LM2575內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖LM2575引腳說(shuō)明圖4.8是LM2575集成穩(wěn)壓器引腳圖。圖4.8LM2575穩(wěn)壓器引腳圖LM2575引腳功能如表4.3所示。表4.3LM2575引腳功能管腳編號(hào)管腳符號(hào)功能描述1VIN未穩(wěn)壓電壓輸入端2OUTPUT開(kāi)關(guān)電壓輸出，接電感及快恢復(fù)二極管3GROUND公共端4FEEDBACK反響輸入端5ON/OFF控制輸入端，接公共端時(shí)，穩(wěn)壓電路工作；接高電平時(shí)，穩(wěn)壓電路停止DC/DC轉(zhuǎn)換電路在利用LM2575設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：〔1〕電感的選擇根據(jù)輸出的電壓檔次、最大輸入電壓Vin(MAX)、最大負(fù)載電流Iload〔MAX〕等參數(shù)選擇電感時(shí)可參照相應(yīng)的電感曲線圖來(lái)查找所需采用的電感值如圖4.9所示。圖4.9電感曲線圖〔2〕輸入輸出電容的選擇輸入電容應(yīng)大于47μF，并要求盡量靠近電路。而輸出電容推薦使用的電容量為100μF～470μF，其耐壓值應(yīng)大于額定輸出的1.5～2倍。對(duì)于5V電壓輸出，推薦使用耐壓值為16V的電容?！?〕二極管的選擇二極管的額定電流值應(yīng)大于最大負(fù)載電流的1.2倍，但考慮到負(fù)載短路的情況，二極管的額定電流值應(yīng)大于LM2575的最大電流限制；另外二極管的反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓的1.25倍。DC/DC轉(zhuǎn)換電路如圖4.10所示。圖4.10DC/DC轉(zhuǎn)換電路通信接口的設(shè)計(jì)RS485通信方式的介紹系統(tǒng)采用RS485標(biāo)準(zhǔn)通信方式，RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，＋2V～＋6V表示“0〞，-6V～-2V表示“1〞。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A〞、“B〞端連接起來(lái)。而忽略了信號(hào)地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：一是共模干擾問(wèn)題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)方式，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但人們往往無(wú)視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。二是EMI問(wèn)題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模局部需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道〔信號(hào)地〕，就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。MAX485功能簡(jiǎn)介單片機(jī)與通信接口之間用MAX485芯片連接，MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS－485芯片。MAX485CPA、MAX485、MAX487-MAX491以及MAX1487是用于RS-485與RS-422通信的低功耗收發(fā)器，每個(gè)器件中都具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。MAX483、MAX487、MAX488以及MAX489具有限擺率驅(qū)動(dòng)器，可以減小EMI，并降低由不恰當(dāng)?shù)慕K端匹配電纜引起的反射，實(shí)現(xiàn)最高250kbps的無(wú)過(guò)失數(shù)據(jù)傳輸。MAX481、MAX485、MAX490、MAX491、MAX1487的驅(qū)動(dòng)器擺率不受限制，可以實(shí)現(xiàn)最高2.5Mbps的傳輸速率。這些收發(fā)器在驅(qū)動(dòng)器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的電源電流在120µ；A至500µ；A之間。另外，MAX481、MAX483與MAX487具有低電流關(guān)斷模式，僅消耗0.1µ；A。所有器件都工作在5V單電源下。采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－485電平的功能。MAX485引腳說(shuō)明MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。其引腳圖如圖4.11所示。圖4.11MAX485引腳圖MAX485引腳功能如表4.4所示。表4.4MAX485引腳功能管腳編號(hào)管腳符號(hào)功能描述1RORO為接收器的輸出端，與單片機(jī)的RXD端相連2/RE/RE為接收使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)3DEDE為發(fā)送使能端，當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)4DIDI為驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)TXD端相連5GND地6AA端為接收差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為17BB端為發(fā)送差分信號(hào)端，當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為08VCC電源RS485接口定義介紹1、連接主機(jī)端的RS485接口定義如表4.5所示。表4.5連接主機(jī)端RS485接口定義RS485接口信號(hào)含義3BRXD－接收數(shù)據(jù)4ARXD＋接收數(shù)據(jù)5YTXD＋發(fā)送數(shù)據(jù)7ZTXD－發(fā)送數(shù)據(jù)2、連接從機(jī)端的RS485接口定義如表4.6所示。表4.6連接從機(jī)端RS485接口定義RS485接口信號(hào)含義3ZTXD－發(fā)送數(shù)據(jù)4YTXD＋發(fā)送數(shù)據(jù)5ARXD＋接收數(shù)據(jù)7BRXD－接收數(shù)據(jù)DB9引腳說(shuō)明通信模塊與PC機(jī)之間用DB9接口連接，DB9管腳圖如圖4.12所示及引腳功能如下。圖4.12DB9管腳圖DB9引腳功能如表4.7所示。表4.7DB9引腳功能管腳編號(hào)管腳符號(hào)功能描述1DCD載波檢測(cè)2RXD接收數(shù)據(jù)3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5GND信號(hào)地6DSR信號(hào)準(zhǔn)備好7RTS請(qǐng)求發(fā)送8CTS去除發(fā)送9RI振鈴提示通信接口電路通信接口電路中采用MAX485芯片作為收發(fā)器，通過(guò)DB9接口與PC機(jī)進(jìn)行連接，在MAX485的VA與VB引腳之間跨接一個(gè)120Ω電阻作為匹配電阻，以減少由于不匹配而引起的反射、噪聲干擾等影響，并連接了兩個(gè)二極管對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。通信接口電路如圖4.13所示。圖4.13通信接口電路系統(tǒng)軟件說(shuō)明主程序流程圖開(kāi)機(jī)之后，上電復(fù)位，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化之后，系統(tǒng)首先判斷當(dāng)時(shí)是白天還是黑夜，假設(shè)是黑夜，那么系統(tǒng)啟用中斷處理程序，進(jìn)入等待狀態(tài)，假設(shè)是白天系統(tǒng)進(jìn)入光電追蹤模式，并根據(jù)檢測(cè)信號(hào)判斷電機(jī)是否需要調(diào)整，假設(shè)不需要，進(jìn)入等待狀態(tài)，假設(shè)需要調(diào)整，根據(jù)信號(hào)具體情況驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)主程序流程圖如圖5.1所示。系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化日出？傳感器跟蹤電機(jī)要驅(qū)動(dòng)嗎驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)NNYY開(kāi)始圖5.1主程序流程圖步進(jìn)電機(jī)控制子程序步進(jìn)電機(jī)控制子程序流程如圖5.2所示。串行口初始化串行口初始化步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)芯片初始化讀入控制字驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)返回光敏電阻電位是否相等YN開(kāi)始圖5.2子程序流程圖本局部的程序設(shè)計(jì)主要是通過(guò)判斷連接在單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換模塊上的五個(gè)光敏電阻的電位的不同，來(lái)判斷太陽(yáng)當(dāng)時(shí)太陽(yáng)的朝向，從而對(duì)步進(jìn)電機(jī)發(fā)出命令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，控制其正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。當(dāng)裝置開(kāi)始工作時(shí)，首先對(duì)單片機(jī)串行口進(jìn)行初始化，然后對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片初始化，讀入檢測(cè)端信號(hào)，判斷檢測(cè)端電位情況，假設(shè)相等，進(jìn)入等待，假設(shè)不想等，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。即當(dāng)檢測(cè)端右方傳感器電位高于左方，驅(qū)動(dòng)水平方向步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)上方傳感器電位高于下方，驅(qū)動(dòng)垂直方向步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之那么驅(qū)動(dòng)其反轉(zhuǎn)。假設(shè)太陽(yáng)光照射到中心位置的傳感器，及說(shuō)明太陽(yáng)光與采光局部垂直，不需要進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)入等待狀態(tài)。通信局部控制子程序通信局部子程序流程圖如圖5.3所示。開(kāi)始開(kāi)始當(dāng)前時(shí)間當(dāng)前時(shí)間太陽(yáng)位置太陽(yáng)位置NN步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)向單片機(jī)反響數(shù)據(jù)向單片機(jī)反響數(shù)據(jù)PC機(jī)繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)PC機(jī)繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)Y返回Y返回圖5.3通信局部子程序流程圖當(dāng)裝置開(kāi)始工作，通信局部程序主要是負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，通過(guò)PC機(jī)計(jì)算出任意時(shí)刻太陽(yáng)的位置，垂直方向步進(jìn)電機(jī)仰角及水平方向步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行步數(shù)進(jìn)而在PC機(jī)上反映出來(lái)，并將局部數(shù)據(jù)反響給單片機(jī)進(jìn)行程序上的修正。如果有新數(shù)據(jù)產(chǎn)生那么繼續(xù)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，假設(shè)沒(méi)有，那么進(jìn)入等待狀態(tài)。測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果對(duì)DC/DC電路的測(cè)試測(cè)試連線框圖測(cè)試連線框圖如圖6.1所示。DC/DCDC/DC模塊V1V2+-+-圖6.1測(cè)試連線框圖測(cè)試條件與儀器1、測(cè)試條件：檢查屢次，硬件電路系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無(wú)誤，硬件電路無(wú)虛焊。2、測(cè)試儀器：〔1〕FLUKE117C 數(shù)字萬(wàn)用表〔2〕兆信RXN-305D-Ⅱ 數(shù)字電源〔3〕滑線變阻器測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果如表6.1所示。表6.1測(cè)試結(jié)果序號(hào)輸入電壓輸出電壓第一組數(shù)據(jù)24V5.0V第二組數(shù)據(jù)24V5.3V第三組數(shù)據(jù)24V5.7V第四組數(shù)據(jù)24V5.3V第五組數(shù)據(jù)24V5.1V輸出電壓：V〔6-1〕由上表可以看出，轉(zhuǎn)換電路的平均輸出電壓為5.28V，根本穩(wěn)定在5V左右，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換，可以為裝置正常供電。對(duì)步進(jìn)電機(jī)的測(cè)試測(cè)試條件與儀器1、測(cè)試條件：檢查屢次，確保電機(jī)連接正確，能夠正常工作。2、測(cè)試儀器：〔1〕秒表〔2〕量角器〔3〕數(shù)字電源測(cè)試方案將指針安裝到步進(jìn)電機(jī)上，用圓珠筆筆標(biāo)記下指針當(dāng)前所在的位置，接通電源，是步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)