太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置設(shè)計(jì)報(bào)告(共21頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子制作職業(yè)技能大賽（論文） 題 目 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置設(shè)計(jì)參賽人姓名 王志會(huì) 張衛(wèi)國(guó) 朱峰 所 在 系 電氣工程系 指導(dǎo)教師 陳冬鶴 完成時(shí)間 2013年5月 26日 專心-專注-專業(yè)吉林鐵道電子制作職業(yè)技能大賽設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容、基本要求等：主要內(nèi)容：加強(qiáng)大學(xué)生動(dòng)手操作能力，促進(jìn)集體榮譽(yù)感。 基本要求：1，利用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板隨著太陽(yáng)（光源）的位置變化而調(diào)整自身相應(yīng)的姿態(tài)，以達(dá)到太陽(yáng)光能的最佳利用。 2，實(shí)現(xiàn)一定的姿態(tài)控制精度。 3，以低成本、低功耗完成設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)電路的組裝。主要參考資料：電路基礎(chǔ)、

2、電工技術(shù)、電子手工焊接、單片機(jī)原理及應(yīng)用、傳感器原理與應(yīng)用。完 成 日期： 2013年5月 26日 指導(dǎo)教師 ： 陳冬鶴 實(shí)驗(yàn)組組長(zhǎng) ： 王志會(huì) 2013年 6 月 5 日 課題名稱 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師 陳冬鶴組別第四組組員姓名王志會(huì) 張衛(wèi)國(guó) 朱峰課題來源：設(shè)計(jì)目的：掌握單片機(jī)、電機(jī)拖動(dòng)及傳感器等基本工作原理，根據(jù)任務(wù)要求能夠設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路。為了達(dá)到方便、準(zhǔn)確而又不耗費(fèi)人力資源的情況下，制作一個(gè)人工智能電子產(chǎn)品- 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)要求：1，能夠?qū)崿F(xiàn)利用太陽(yáng)能電池板隨著太陽(yáng)角度而隨時(shí)轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板一直照向太陽(yáng)。 2，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的精度控制要求。設(shè)計(jì)

3、特色： 利用TRCT5000對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自定位，以達(dá)到最佳演示效果。 任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排： 1，2013年5月初，構(gòu)思方案，設(shè)計(jì)和論證，若有問題和指導(dǎo)老師溝通，完成方案的設(shè)計(jì)，進(jìn)行該設(shè)計(jì)的程序編寫及電路的制作； 2，2013年5月中旬， 完成對(duì)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置的設(shè)計(jì)、調(diào)試并與指導(dǎo)老師匯報(bào)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)展； 3， 2013年5月末制作出作品，調(diào)試成功后交由指導(dǎo)老師驗(yàn)收成果 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置 研制目的人類正面臨著石油和煤炭等礦物燃料枯竭的嚴(yán)重威脅，太陽(yáng)能作為一種新型能源具有儲(chǔ)量無限、普遍存在、利用清潔、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電是改善生態(tài)環(huán)境、提高人類生存質(zhì)量的綠色能源之一，但由于傳

4、統(tǒng)太陽(yáng)能板方向固定，受光時(shí)間有限。因此研制可隨光移動(dòng)的太陽(yáng)能跟隨系統(tǒng)。一 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換器、步進(jìn)電機(jī)、89C5系列單片機(jī)以及相應(yīng)的外圍電路等。太陽(yáng)能電池板可以360度自由旋轉(zhuǎn)?？刂茩C(jī)構(gòu)將分別對(duì)水平方向進(jìn)行調(diào)整。單片機(jī)加電復(fù)位后，首先由TRCT5000構(gòu)成的定位系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)置定位，然后單片機(jī)將對(duì)兩光敏電阻采樣進(jìn)來的兩個(gè)電平進(jìn)行比較，電平有高電平和低電平兩種，若兩電平相等則電池板停止轉(zhuǎn)動(dòng)，若不等單片機(jī)將對(duì)兩電平進(jìn)行比較判定，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)讓太陽(yáng)能板與之相對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。圖1-1所示：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器定 位傳感光電單片機(jī)電源圖1-1系

5、統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)1.2 光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器接收太陽(yáng)光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，利用lm339對(duì)電信號(hào)和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，單片機(jī)根據(jù)采集來的信號(hào)進(jìn)行分析比較，得出結(jié)果最終控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)向來達(dá)到太陽(yáng)能電池面板始終垂直于入射光線，從而達(dá)到最高效率的利用太陽(yáng)能。本設(shè)計(jì)的光敏器件選為光敏電阻。利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將兩個(gè)完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽(yáng)光垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí)，兩個(gè)光敏電阻接收到的光強(qiáng)度相同，所以它們的阻值相同，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)光方向與電池板垂直方向有夾角時(shí)，接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減少，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(gè)光敏電阻上

6、的光照強(qiáng)度相同，稱為光敏電阻光強(qiáng)比較法。其優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確且電路比較容易實(shí)現(xiàn)。 1.3 光電轉(zhuǎn)換電路，下圖1-3所示中光電轉(zhuǎn)換電路是其中的一組，另一組電路與此相同。當(dāng)陽(yáng)光正對(duì)太陽(yáng)能板時(shí)，光敏電阻R1、R2都是高電阻， A、B兩點(diǎn)光照相等。四運(yùn)放LM339的輸出的電壓相同，單片機(jī)收到的信號(hào)相等，所以單片機(jī)不控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。若陽(yáng)光發(fā)生傾斜，使Rl被陽(yáng)光射中呈低電阻，則A點(diǎn)輸出電位比B點(diǎn)輸出電位高。單片機(jī)控制uln2003控制步進(jìn)電機(jī)向R1傾斜。反之則毅然。 圖1-3二 單片機(jī)及其外圍電路2.1 單片機(jī)的選擇及外圍電路AT89C51是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，采用雙列直插封裝（DIP），有40個(gè)引

7、腳。2.2 外圍電路電源管理部分電路由普通單片機(jī)或電腦USB輸出口供5V電壓。三 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)介紹 步進(jìn)電機(jī)其功用是將脈沖電信號(hào)變換相應(yīng)的角位脈電號(hào)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步。因此非常適合單片機(jī)控制。本實(shí)驗(yàn)采用永磁式步進(jìn)電功機(jī)。步進(jìn)電機(jī)流程圖 步進(jìn)電機(jī)電源 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 圖3-1步進(jìn)電示意圖四 驅(qū)動(dòng)電路4.1.uln2003高耐壓、大電流復(fù)合晶體管ICULN2003概述與特點(diǎn)ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成。五 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.1 光敏電阻光強(qiáng)比較法利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將兩個(gè)完全相同的光敏電阻分別放

8、置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽(yáng)光垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí)，兩個(gè)光敏電阻接收到的光照強(qiáng)度相同，所以它們的阻值完全相等，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)光方向與電池板垂直方向有夾角時(shí)，接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減小，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同。其優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確，且電路也比較容易實(shí)現(xiàn)。其控制主要由以下三部分來完成:a)信號(hào)采集部分用光敏電阻實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集的電路原理為橋式電路，電路的輸出信號(hào)只與照射在兩個(gè)光敏電阻上光強(qiáng)的相對(duì)值有關(guān)，不受外界環(huán)境的影響，增加了裝置的抗干擾能力。b)數(shù)據(jù)處理部分采用非倒向放大接法，由運(yùn)算放大器及其外圍電阻組成線性放大單元。零電位調(diào)整單元以抵消零點(diǎn)

9、漂移的直流信號(hào)。因調(diào)零后包含一定量的負(fù)脈沖信號(hào)，用反相單元為下一級(jí)電路提供正電壓信號(hào)。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)輸出信號(hào)的強(qiáng)度大于一定值時(shí)，給下一級(jí)一個(gè)高電平信號(hào)；反之，提供低電平信號(hào)，這樣能屏蔽一些微小信號(hào)的擾動(dòng)，使系統(tǒng)的工作更穩(wěn)定。c)控制單元根據(jù)前一級(jí)送出的觸發(fā)信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。由于繼電器在實(shí)現(xiàn)邏輯過程中需要的吸合電流較大，會(huì)造成整體電路的耗電增大；另外，繼電器的反應(yīng)速度很慢，靈敏度不高，會(huì)造成設(shè)備整體靈敏度及精確度下降。4.5 太陽(yáng)能板 21 圖4-5光敏電阻放置 5.2 系統(tǒng)的流程圖 開機(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，若是黑夜，則系

10、統(tǒng)啟用中斷處理程序，進(jìn)入等待狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入光電追蹤模式。系統(tǒng)主流程圖：開始系統(tǒng)初始化定位dingweiN日出？N Y傳感器跟蹤 電機(jī)要驅(qū)動(dòng)嗎？ Y Y步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) N圖5-2系統(tǒng)主流程圖 光敏電阻光強(qiáng)比較法流程圖這部分的程序設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，只需要單片機(jī)檢測(cè)2個(gè)光敏電阻所對(duì)應(yīng)的單片機(jī)的2個(gè)引腳的電位的高低，就可以判斷當(dāng)時(shí)太陽(yáng)的朝向，并對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)出相應(yīng)的命令，程序流程圖如圖5-3示： 開始R1是否小于R2？電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)N N Y 電機(jī)正轉(zhuǎn)R3是否小于R4？電機(jī)反轉(zhuǎn)N Y返回 圖5-3光敏電阻光強(qiáng)比較法流程圖程序#include <reg51.h> /51芯片管腳定義頭文件#includ

11、e <intrins.h> /內(nèi)部包含延時(shí)函數(shù) _nop_();#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code FFW8=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09; /四相八拍正轉(zhuǎn)編碼uchar code REV8=0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01; /四相八拍反轉(zhuǎn)編碼sbit K1 = P32; /正轉(zhuǎn)sbit K2 = P33; /反轉(zhuǎn)sbit K3 = P34; /停止sbit KK = P10; /定位 sbit

12、A = P11; /右位sbit BB = P12; /左位/*/* /* 延時(shí)t毫秒 /* 11.0592MHz時(shí)鐘，延時(shí)約1ms /* /*/void delay(uint t) uint k; while(t-) for(k=0; k<125; k+) /*/void delayB(uchar x) /x*0.14MS uchar i; while(x-) for (i=0; i<13; i+) /*/*/*/*步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)/*/*/*void motor_ffw() uchar i; uint j; for (j=0; j<8; j+) /轉(zhuǎn)1*n圈 if(K3=0)

13、 break; /退出此循環(huán)程序 for (i=0; i<8; i+) /一個(gè)周期轉(zhuǎn)45度 P2 = FFWi; /取數(shù)據(jù) delay(2); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 */void motor_ffw() uchar i; / if(K3=0) / break; /退出此循環(huán)程序 for (i=0; i<8; i+) /一個(gè)周期轉(zhuǎn)45度 P2 = FFWi; /取數(shù)據(jù) delay(2); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 /*/*/*步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)/*/*/*void motor_rev() uchar i; uint j; for (j=0; j<8; j+) /轉(zhuǎn)1×n圈 if(K3=0) bre

14、ak; /退出此循環(huán)程序 for (i=0; i<8; i+) /一個(gè)周期轉(zhuǎn)45度 P2 = REVi; /取數(shù)據(jù) delay(2); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 */void motor_rev() uchar i; / if(K3=0) / break; /退出此循環(huán)程序 for (i=0; i<8; i+) /一個(gè)周期轉(zhuǎn)45度 P2 = REVi; /取數(shù)據(jù) delay(2); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 /* * 主程序 * */main() uchar rrr,rr,num=0; do motor_ffw(); while(KK=0); /定位尋開始位置while(1) if(A=1&&

15、BB=0) for(rr=0;rr<100;rr+) motor_rev();/步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) num+; if(num=99|A=0&&BB=0) num=0;break; for(rr=0;rr<100;rr+) motor_ffw();/步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) num-; if(num=0|A=0&&BB=0) break; if(A=0&&BB=0) while(1) P2=0xf0; if(A!=0|BB!=0) break; /*/ if(A=0&&BB=1) for(rr=0;rr<100;rr+) motor_ffw();/步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) num+; if(num=99|A=0&&BB=0) num=0;break; for(rr=0;rr<100;rr+) motor_rev();/步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) num-; if(num=0|A