全天候太阳能跟踪系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

全天候太阳能跟踪系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

转子与定子错开一定角度产生力 F 与（ dФ/dθ）成正比 S 其磁通量 Ф=Br*S Br为磁密， S 为导磁面积 F 与 L*D*Br 成正比 L 为铁芯有效长度， D 为转子直径 Br=NI/R NI 为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数） R 为磁阻。 力矩 =力 *半径 力矩与电机有 效体积 *安匝数 *磁密 成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 图 5 是两相步进 内部结构 图 41 同步电机电路及外形 步进电机的正反转动控制时序  8 拍的方式 八个状态： 在 A 与 A正电压， B 与 B不给电悬空； 在 A 与 A正电压，B 与 B也给正电压； A 与 A不给电压悬空， B 与 B正电压； A 与 A给负电压， B 与 B给正电压； A 与 A给负电压， B 与 B不给悬 空； A北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 13 与 A给负电压， B 与 B给负电压； A 与 A不 给电悬空， B 与 B给负电压； A 与给正电压， B 与 B给负电压；按以上八个状态轮流供电，控制一下脉宽应该就可以了。 四个引脚各一根控制线： A~H 表示各线时序 A B C D E F G H A 1 1 0 0 0 0 0 1 A 0 0 0 1 1 1 0 0 B 0 1 1 1 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0 1 1 1  4 拍的方式两相双二拍： 两相四拍时序： A B C D A 1 0 0 1 A 0 1 1 0 B 1 1 0 0 B 0 0 1 1 要实现电机反转，只要相应时序取反即可。 本系统采用步进电机型号 :2S42Q03848,具体参数如表 41 所示。 表 41 步进电机型号 :2S42Q03848 的技术参数 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 14 5 比较器及光敏元件 比较器 电压比较器可以看作是放大倍数接近 “无穷大 ”的运算放大器。 电压比较器的功能：比较两个电压的大小 (用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系 )： 当 ”＋ ”输入端电压高于 ”－ ”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当 ”＋ ”输入端电压低于 ”－ ”输入端时，电 压比较器输出为低电平； 电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。 利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。 简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此人们就要对它进行改进。 改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。 运放，是通过反馈回路和输入回路的确定 “运算参数 ”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。 而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。 电压比较器输入是 线性量，而输出是开关（高低电平）量。 一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。 光敏电阻 光敏 （ photovaristor）又叫光 感 电阻，是利用 半导体 的 光电效应 制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带 中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子 —空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。 光照愈强，阻值愈低。 入射光消失后，由光子激发产生的电子 —空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 15 6 检测模块设计 检测模块检测准确性是太阳能全天候跟踪准确跟踪的基础，所以太阳定位十分重要。 方案：  最大能量积分 ，如图 61所示。  “ 多元法三维 ” 太阳自动跟踪系统 如图 62 所示。  两者结合 如图 63 所示。 图 61 “多元法”太阳能定位装 置图 图 62 单方向定位装置示意图 图 63 “二者结合” 示意图 光敏电阻 圆筒里面光敏电阻 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 16 方案论证 三种方案逐一比较，“两者结合”方案控制方便，检测准确，而且制作简单，所以检测模块的太阳定位模式采用“二者结合” 的方案。 光敏电阻与板的夹角  正中央的光敏电阻 中心线与电池板垂直，最边上的两上光敏电阻的连线与板的夹角  可由下公式确定 ： —— 某地黄昏时电池板与地面的夹角，（电池板的极大转角） —— 当地早晨光线与地面的夹角（太阳高度角） R—— 半圆柱体的半径 L—— 电池板的长度 图 64  角的计算图 7 全天候太阳能跟踪 系统的电源设计 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 17 电源供给系统是为 太阳跟踪系统步进电机 提供能源的装置，而在本系统中既涉及到信号电信号，又涉及到功率电信号，为了保证系统能够稳定正常的工作，电源的设计部分也是一个关键要解决的问题。 方案 ： 综合电源的质量、重量及价格等因素，选用 220V TO 15V 集成电源模块组作为 15V 直流电源， 5V 是 15V 电源经 LM7805 线性稳压得到。 在信号处理的部分，由于单片机和 检测模块 需要的是 5V的电源，而 电机驱动 部分需要的是 15V 的电源，所以我们在系统中采用 LM7805 模块，实现了 15V和 5V 的转换， 如图 71 所示。 图 71 电源电路图 方案论证： 此方案在接通电源后 LM7805 发热量大，造成功耗很大，太阳能全天候跟踪系统中，电动机为强干扰源，电压源共地很容易给单片机系统带来干扰。 为了提高单片机系统的可靠性就采用独立的 5V 电压给单片机供电，而单片机系统所需的 5V 直流电源则由 4 节超霸蓄电池串联 (毕业演示时由电脑 USB) 提供，其电压范围为 ～ 且电压波动很 小，很适合单片机系统的供电。 8 系统的组成原理 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 18 本课题接收系由运算放大器 LM324N、 LM358，可调电阻，光敏电阻，普通电阻组成。 电路原理图如图 81所示。 接收系统主要功能是对不同强度光线进行感应，把阳光强度转化成电压伏特值，将把感应的伏特值与我们设定的基准电压进行比较。 如果感应的伏特值比我们设定的值，接收系统将输出一个信号给单片机，单片机接收到该信号后进行处理，然后控制步进电机旋转接收板沿光线强烈地方转，直到九个感敏电阻感应光线强度一样。 该电路中的核心元件是光敏电阻，它 可以把不同强度光线转化成不同幅值的电压。 合适调整可调电阻的值，当阳光照到光敏电阻 R1比照到光敏电阻 R2或其他光敏电阻，比较器 LM324或 LM358将输出一个信号给单片机。 也即照到这个九个光敏电阻光线强度不一样。 单片机将会控制接收板向阳光强度地方偏转，直到它们受光强度一样。 （不要遮光板，光强能有差别吗。 ） 光敏电阻 R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9 感应环境光度 ，耦合 比较器LM324N,LM358 进行比较 ，从 比较器 , 端输出 比较 数据。 , 端 输出的 数据送至 单片机的 ～ ， 中。 单片机根据输入数据进行处理，然后通过 , 输出控制信号，控制步进电机旋转。 图 8— 1 接收系统的电路原理 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 19 用户控制 系统 用户控制系统主要功能是实现设定系统时间，系统根据用户设定时间旋转接收板，实现全天候跟踪太阳。 按键 与单片机 输入 端口及相应功能 对应关系 如 表 8— 2所示。 表 8— 2 按键与单片机输入端口及相应功能对应关系 开关按键 单片机端口 对应功能 K1 调节时间按 钮 K2 确定时间 K3 时间的增减 系统默认时间是 00:00，当系统通电时，如果时间与实际时间不对，用户可以通过控制按钮进行时间调整。 当按下 K1键时， 系统进入调节时间状态 ， 按 K3键进行时间调整。 系统首先对小时进行调整，用户每按 K3一次，系统增加一小时，并且蜂鸣器“滴“一声，提醒用户系统时间已经增加 1了。 小时调整完毕，用户按 K2进行确认，同时蜂鸣器”滴“一声，系统进入分钟调整，同样，用户每按 K3一次，系统时间增加一分钟，同时蜂鸣器也滴一声。 当时间调 整完毕，用户按 K1，蜂鸣器”滴“一声系统退出时间调整状态 ，如图 82所示。 图 82 按钮及蜂鸣器原理图 ： 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 20 显示系统 单片机刚上电，显示屏显示太阳能全天候跟踪系统（ Automatic Tracked，System of Sun），过了 3秒钟，显示系统当前时间和工作状态。 当电机转动时，显示自动跟踪，运行状态（ Automatic Tracked， RUNNING，当前时间），当电机停止时 ,显示（ Automatic Tracked， STOP和当前时间）。 显示屏与单片机连接原理图如图 83所示。 图 83 显示屏与单片机连接原理图 9系统软件的设计 系统软件的设计主要是通过 C语言 编程实现单片机对 步进电机 控制 以及系统状态的显示。 软件设计 流程图如图 91所示。 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 21 图 91 软件设计流程图 开 始 LCD 初始化 端口初始化 开中断 =1 或=1 YSE K4=1amp。 K3=0 或K8=1amp。 K7=0 电机向东转 并显示RUNNING NO =1 或=1 YES K3=1amp。 K4=0 或K7=1amp。 K8=0 电机向西转并 显示 RUNNING 返回并重新检测各输入端口 NO =1 电机停止转动 并显示 STOP NO YES 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 22 图 92 外部中断 2 定时器 1 中断 定时器 0 中断 图 93 外部中断 2 图 94 外部中断 2 中断处理 关中断 =0 =1 =0 加一小时 同时响一声 开中断并返回 加一分钟 同时响一声 =1 YSE YES YES YSE NO NO NO NO 中断处理 输脉冲 退出中断并返回 中断处理 显示时间 退出中断并 返回 北京理工大学珠海学院 20xx 届本科生毕业设计 23 程序清单： include //51 芯片管脚定义头文件 include //内部包含延时函数 _nop_()。 define uchar unsigned char define uint unsigned int define delayNOP()。 {_nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 }。 uchar n, m,data_temp1,data_temp2,flag。 uchar cout0=0,cout1=0,cout2=0。 /***。