太陽能自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計

太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計1設(shè)計背景太陽能的發(fā)展現(xiàn)狀及本設(shè)計的發(fā)展前景太陽能的發(fā)展現(xiàn)狀近兩年來國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，特別是受無錫尚德公司在美國上市的影響，太陽能電池企業(yè)蜂擁而上。現(xiàn)在，我國大大小小從事太陽能電池硅材料，硅片、電池及組件的生產(chǎn)廠家已不下百家。太陽能電池產(chǎn)量：江蘇無錫尚德太陽能電力有限公司，寧波太陽能電源有限公司、中電電氣南京光伏科技有限公司、云南天達光伏科技股份公司、上海交大泰陽綠色能源公司等主要的十多家公司總產(chǎn)量約為110MW。太陽能電池組件生產(chǎn)量：天威英利新能源公司、上海太陽能科技有限公司、江蘇林洋新能源公司、新疆新能源公司、浙江昱輝陽光能源公司、西安佳陽能源公司、力諾光伏高科技有限公司、上海超日太陽能科技公司、無錫佳誠太陽能科技有限公司、常州天合光能有限公司、無錫國飛綠色能源有限公司、深圳能聯(lián)電子有限公司等十多家公司總產(chǎn)量達220MW以上。太陽能電池用硅材料產(chǎn)量：河北寧晉單晶硅基地、江蘇順大半導(dǎo)體發(fā)展有限公司、四川峨眉半導(dǎo)體材料廠、洛陽中硅高科技有限公司、常州天合光能公司、寧波晶元太陽能有限公司、紹興精工太陽能有限公司、常州億晶光電科技有限公司、江蘇華日源電子科技有限公司第十多家公司總產(chǎn)量約為700噸。太陽能電池制造技術(shù)方面：由于硅材料缺乏，價格飛速上漲，極大地促進了硅太陽能電池薄片技術(shù)的發(fā)展，目前硅片厚度已普遍地從370μm降到240μm，有的廠家已減薄到220μm，仍能保持較高的成品率，同時也促進了太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的提高，多晶硅太陽能電池一般效率已達到13－14％，有的企業(yè)已能批量生產(chǎn)15％的產(chǎn)品；而單晶硅電池效率已普遍達到14－15％，有的企業(yè)已能批量生產(chǎn)16％的產(chǎn)品。此外，北京企業(yè)星華創(chuàng)股份有限公司已能制造和生產(chǎn)硅太陽能電池和組件的制造設(shè)備，特別是一些國產(chǎn)的單晶爐和太陽能電池封裝設(shè)備已有較高的技術(shù)水平。1.1.2太陽能的發(fā)展前景現(xiàn)階段人類面臨的最大問題就是能源短缺問題，而環(huán)境保護又是現(xiàn)階段人們所努力倡導(dǎo)的重要任務(wù)。解決這兩個問題的最有效便捷的途徑就是大力發(fā)展太陽能的利用，地球每天收到的太陽能約4×1015千瓦時，假如能把這些能源充分利用那將相當(dāng)于節(jié)省了2.5×108萬桶石油，這不僅對解決了能源短缺的問題，而且在一定程度上保護了環(huán)境。太陽能清潔無污染、取之不盡、用之不竭，這是其發(fā)展迅速的最直接原因而我國每年接收到335～873千焦每立方厘米，這將是我國不可多得的無污染能源。所以大力發(fā)展太陽能才是解決二十一世紀我國乃至全球的最重要任務(wù)。太陽能雖然取之不盡但是它有一定的分散性、方向性和不穩(wěn)定性，怎么樣將其發(fā)揮到最好，怎么樣更充分的利用這用之不竭的能源才是現(xiàn)階段太陽能事業(yè)發(fā)展的最客觀的問題。1.2目前使用的跟蹤系統(tǒng)現(xiàn)階段市場上使用的跟蹤系統(tǒng)有單軸太陽能自動跟蹤器、步進式太陽能自動跟蹤、可自動跟蹤的太陽灶、五像限法太陽自動跟蹤儀、單軸液壓式自動跟蹤、極軸式跟蹤。不足：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，跟蹤精度不高，不能全自動跟蹤。1.3本設(shè)計意義本設(shè)計可使太陽光永遠垂直照射在接收面上（能量積分），提高了太陽能的吸收率和轉(zhuǎn)化率，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單成本低廉，單片機控制穩(wěn)定，能自動跟蹤陽光，最大面積地吸收太陽光能，合理利用了資源。2設(shè)計方案簡述本設(shè)計以AT89S51單片機為控制中心，運用光敏電阻采集光線，用運放LM358對采集的光線做進一步處理并將最終數(shù)據(jù)傳輸給單片機，單片機進行進一步處理并將處理數(shù)據(jù)傳輸給電機驅(qū)動系統(tǒng)，控制兩路電機進行調(diào)節(jié)電池板的水平方位調(diào)整及垂直高度的調(diào)整。本設(shè)計尋光系統(tǒng)采用單片機作為主控芯片，光敏和運放LM358組成光信號采集模塊，繼電器控制電機的正反轉(zhuǎn)進行電池板的微調(diào)。具體控制框圖如圖2.1所示：LM358電壓比較光線LM358電壓比較光線檢測AT89S51AT89S51M1M1繼電器控制組繼電器控制組M2M2圖2.1系統(tǒng)控制框圖3詳細設(shè)計3.1單片機概述單片機因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個芯片上而得名，具體說就是把中央處理器CPU(Centralprocessingunit)。隨機存儲器RAM（Randomaccessmemory）。只讀存儲器ROM（Readonlymemory）。中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及I\O（Input/output）接口電路等主要微型機部件集成在一個芯片上。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了計算機系統(tǒng)的屬性。為此，稱它為單片微型計算機SCMC（Singlechipmicrocomputer），簡稱單片機。單片機主要應(yīng)用與控制領(lǐng)域，用以實現(xiàn)各種測試和控制功能，為了強調(diào)起控制屬性，也可以把單片機稱為微控制器MCU（Microcontrollerunit）。在國際上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我國則比較習(xí)慣用“單片機”這一名稱。單片機在應(yīng)用時，通常是處于控制系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進行使用，為了強調(diào)其＂嵌入＂的特點，也常常將單片機稱為嵌入式微控制器EMCU（Embeddedmicrocontrollerunit）。在單片機的電路和結(jié)構(gòu)中，有許多嵌入式應(yīng)用的特點。3.1.1單片機基礎(chǔ)根據(jù)控制應(yīng)用的需要，可以將單片機分成為通用型和專用型兩種類型。通用型單片機是一種基本芯片，他的內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且適用性強，能覆蓋多種應(yīng)用需要。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計成各種不同應(yīng)用的控制系統(tǒng)，即通用單片機有一個在設(shè)計的過程，通過用戶的進一步設(shè)計，才能組建成一個以通用單片機芯片為核心再配以其它外圍電路的應(yīng)用控制系統(tǒng)。然而在單片機的控制應(yīng)用中，有許多時候是專門針對某個特定產(chǎn)品的，例如電度表和IC卡讀寫器上的單片機等。這種應(yīng)用的最大特點是針對性強而且數(shù)量巨大，為此廠家常與芯片制造商合作，設(shè)計和生產(chǎn)專用的單片機芯片。由于專用單片機芯片是針對一種產(chǎn)品或一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計的，設(shè)計時已經(jīng)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡化，軟硬件資源利用的最優(yōu)化。3.1.2單片機與單片機系統(tǒng)單片機通常是指芯片本身，它是芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些做為基本組成部分的運算器電路，控制器電路，存儲器，中斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個單片機芯片并不能把計算機的全部電路都集成到其中，例如組成諧振電路和復(fù)位電路的石英晶體，電阻，電容等，這些元件在單片機系統(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實際的控制應(yīng)用中，常常需要擴展外圍電路和外圍芯片。從中可以看到單片機和單片機系統(tǒng)的差別，即：單片機只是一塊芯片，而單片機系統(tǒng)則是在單片機芯片的基礎(chǔ)上擴展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計算機系統(tǒng)。通常所說的單片機系統(tǒng)都是為實現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)中，單片機處于核心地位，是構(gòu)成單片機系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。3.1.3MCS-51系列單片機介紹單片機因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個芯片上而得名，具體說就是把中央處理器CPU(Centralprocessingunit)。隨機存儲器RAM（Randomaccessmemory）。只讀存儲器ROM（Readonlymemory）。中斷系統(tǒng)、定時器／計數(shù)器以及I\O（Input/output）接口電路等主要微型機部件集成在一個芯片上。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了計算機系統(tǒng)的屬性。為此，稱它為單片微型計算機SCMC（Singlechipmicrocomputer），簡稱單片機。單片機主要應(yīng)用與控制領(lǐng)域，用以實現(xiàn)各種測試和控制功能，為了強調(diào)起控制屬性，也可以把單片機稱為微控制器MCU（Microcontrollerunit）。在國際上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我國則比較習(xí)慣用“單片機”這一名稱。單片機在應(yīng)用時，通常是處于控制系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進行使用，為了強調(diào)其＂嵌入＂的特點，也常常將單片機稱為嵌入式微控制器EMCU（Embeddedmicrocontrollerunit）。在單片機的電路和結(jié)構(gòu)中，有許多嵌入式應(yīng)用的特點。3.1.4單片機基礎(chǔ)根據(jù)控制應(yīng)用的需要，可以將單片機分成為通用型和專用型兩種類型。通用型單片機是一種基本芯片，他的內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且適用性強，能覆蓋多種應(yīng)用需要。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計成各種不同應(yīng)用的控制系統(tǒng)，即通用單片機有一個在設(shè)計的過程，通過用戶的進一步設(shè)計，才能組建成一個以通用單片機芯片為核心再配以其它外圍電路的應(yīng)用控制系統(tǒng)。然而在單片機的控制應(yīng)用中，有許多時候是專門針對某個特定產(chǎn)品的，例如電度表和IC卡讀寫器上的單片機等。這種應(yīng)用的最大特點是針對性強而且數(shù)量巨大，為此廠家常與芯片制造商合作，設(shè)計和生產(chǎn)專用的單片機芯片。由于專用單片機芯片是針對一種產(chǎn)品或一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計的，設(shè)計時已經(jīng)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡化，軟硬件資源利用的最優(yōu)化，3.1.5單片機與單片機系統(tǒng)單片機通常是指芯片本身，它是芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些做為基本組成部分的運算器電路，控制器電路，存儲器，中斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個單片機芯片并不能把計算機的全部電路都集成到其中，例如組成諧振電路和復(fù)位電路的石英晶體，電阻，電容等，這些元件在單片機系統(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實際的控制應(yīng)用中，常常需要擴展外圍電路和外圍芯片。從中可以看到單片機和單片機系統(tǒng)的差別，即：單片機只是一塊芯片，而單片機系統(tǒng)則是在單片機芯片的基礎(chǔ)上擴展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計算機系統(tǒng)。通常所說的單片機系統(tǒng)都是為實現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)中，單片機處于核心地位，是構(gòu)成單片機系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。3.1.6單片機應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在單片機的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，下面就一些典型方面進行介紹。（1）工業(yè)自動化方面。自動化能使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，提高經(jīng)濟效益，改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動強度。因此，自動化技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械、電子、電力、石油、化工、紡織、食品等輕重工業(yè)領(lǐng)域中，而在工業(yè)自動化技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)，數(shù)據(jù)采集和測控技術(shù)，還是生產(chǎn)線上的機器人技術(shù)，都需要要有單片機的參與。在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中，機電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機械、微電子和計算機技術(shù)于一體的綜合技術(shù)中，單片機將發(fā)揮越來越大的作用。（2）儀器儀表方面?，F(xiàn)在儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高，對此最好使用單片機來實現(xiàn)，而單片機的使用又將加速儀器儀表向數(shù)字化，智能化，多功能化和柔性化方向發(fā)展。此外，單片機的使用還有助于提高儀器儀表的精度和準確度，簡化結(jié)構(gòu)、減小體積及重量而易于攜帶和使用，并具有降低成本，增強抗干擾的能力，便于增加顯示、報警和自診斷等功能。（3）家用電器方面.當(dāng)前，家用電器產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢是不斷提高其智能化程度，而家電智能化的進一步提高就需要有單片機的參與，所以生產(chǎn)廠家常標榜“電腦控制”以提高其產(chǎn)品的檔次，例如洗衣機，電冰箱，空調(diào)機，微波爐，電視機和音像視頻設(shè)備等，這里說的電腦實際上就是單片機。智能化家用電器將給我們帶來更大的舒適和方便，進一步改善我們的生活質(zhì)量，把我們的生活變的更加豐富多彩。（4）信息和通信產(chǎn)品方面.信息和通信產(chǎn)品的自動化和智能化程度很高，這當(dāng)然離不開單片機的參與，例如計算機的外部設(shè)備和自動化辦公設(shè)備中，都有單片機在其中發(fā)揮著作用。（5）軍事裝備方面?？萍紡娷?、國防現(xiàn)代化離不開計算機，在現(xiàn)代化的飛機、軍艦、坦克、大炮、導(dǎo)彈火箭和雷達等各種軍用裝備上，都有單片機深入其中。3.2單片機最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)就是單片機在發(fā)揮具體測控功能時所必須的組成部分。AT89S51的最小系統(tǒng)如圖3.1所示。圖3.1單片機最小系統(tǒng)電路圖3.2.1定時與中斷的概念中斷是一項重要的計算機技術(shù)，采用中斷技術(shù)可以使多項任務(wù)共享一個資源，所以中斷技術(shù)實質(zhì)上就是一種資源共享技術(shù)。向CPU發(fā)出中斷請求的來源稱之為中斷源。MCS-51是一個多中斷源的單片機，以80C51為例，有三類共五個中斷源，分別是外部中斷兩個，定時中斷兩個和串行中斷一個。外中斷：外中斷是由外部信號引起的，共有兩個中斷源，即外部中斷“0”和外部中斷“1定時中斷：定時中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設(shè)置的。串行中斷：串行中斷是為串行數(shù)據(jù)傳送的需要而設(shè)置的。中斷控制：這里所說的中斷控制是指提供給用戶使用的中斷控制手段，實際上就是一些專用寄存器。在MCS-51單片機中，用于此目的的控制寄存器共有四個，即定時器控制寄存器、中斷允許控制寄存器、中斷優(yōu)先控制寄存器以及串行口控制寄存器。定時器控制寄存器（TCON）：該寄存器用于保存外部中斷請求和以及定時器的計數(shù)溢出。寄存器地址88H，位地址8FH～88H。表3.1寄存器位地址表1位地址8F8E8D8C8B8A8988位符號TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0這個寄存器既有定時器/計數(shù)器的控制功能又有中斷控制功能，其中與中斷有關(guān)的控制位共六位：IE0和IE1、IT0和IT1以及TF0和TF1。中斷允許控制寄存器（IE）：寄存器地址A8H，位地址AFH～A8H。表3.2寄存器位地址表2位地址AFAEADACABAAA9A8位符號EA--ESET1EX1ET0EX0其中與中斷有關(guān)的控制位共六位：EA、EX0和EX1、ET0和ET1、ES。中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP）：MCS-51的中斷優(yōu)先級控制只定義了高、低兩個優(yōu)先級。各中斷源的優(yōu)先級由優(yōu)先寄存器（IP）進行設(shè)定。IP寄存器地址B8H，位地址為BFH～B8H。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如下：表3.3寄存器位地址表3位地址BFBEBDBCBBBAB9B8位符號PSPT1PX1PT0PX0其中PX0外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT0定時中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PX1外部中斷1優(yōu)先級設(shè)定位；PT1定時中斷1優(yōu)先級設(shè)定位；PS串行中斷優(yōu)先級設(shè)定位；為0的位優(yōu)先級為低，為1的位優(yōu)先級為高。定時器/計數(shù)器的控制寄存器：與定時器/計數(shù)器應(yīng)用有關(guān)的控制寄存器有：（1）定時器控制寄存器（TCON）TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時控制。其中有關(guān)定時的控制位共有四位：TF0和TF1、TR0和TR1。圖3.2單片機管腳圖（2）工作方式控制寄存器（TMOD）TMOD寄存器是一個專用寄存器，用于設(shè)定兩個定時器/計數(shù)器的工作方式。但TMOD寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容。3.2.2AT89S51的芯片概述AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，4個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，內(nèi)部集成看門狗計時器片內(nèi)時鐘振蕩器。其工作電壓在4.5－5V,一般我們選用＋5V電壓。圖3.3為89s51的核心電路框圖：圖3.3AT89s51結(jié)構(gòu)框圖3.3光電檢測原理硬件設(shè)計中光電檢測是本裝置的主要部分，也是太陽能電池板尋光的主要控制元件，設(shè)計中為了使太陽能電池板始終對著太陽則需要四個光敏對陽光強弱進行檢測，如圖3.4所示光敏均采用垂直于太陽能電池板板面安裝，而其檢測的精度依靠調(diào)節(jié)光電檢測電路中的滑動變阻器來實現(xiàn)。其中光電檢測A對左遠離光線進行檢測，當(dāng)光線遠離電池板時A檢測會給單片機信號，單圖3.4光電檢測示意圖片機驅(qū)動繼電器控制電機M1正轉(zhuǎn)使電池板跟隨光線左轉(zhuǎn)。光電檢測B對右遠離光線進行檢測，當(dāng)光線遠離電池板時B檢測到并實時傳輸給單片機信號，單片機驅(qū)動繼電器控制電機M1反轉(zhuǎn)使電池板跟隨光線右轉(zhuǎn)。光電檢測C與D對太陽垂直角度的變化進行檢測，并將檢測到的光線變化信號傳輸給單片機，單片機進行進一步處理后控制繼電器驅(qū)動電機M2的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電池板垂直角度的調(diào)整?？紤]到太陽四季垂直角度變化的速率很小，所以電池板垂直角度的調(diào)整電機M2加了個減速箱使其變化速率也非常小，不至于因變化太快使得光電檢測誤檢，否則會導(dǎo)致電池板在垂直方向不停的擺動。3.3.1電壓比較器的電路介紹電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系)：當(dāng)”＋”輸入端電壓高于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平。當(dāng)”＋”輸入端電壓低于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；簡單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對它進行改進。改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數(shù)”，比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關(guān)（高低電平）量。一般應(yīng)用中，有時也可以用線性運算放大器，在不加負反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用?？捎米麟妷罕容^器的芯片有：LM324、LM358、uA741、TL081\2\3\4、OP07、OP27，這些都可以做成電壓比較器（不加負反饋）。LM339、LM393是專業(yè)的電壓比較器，切換速度快，延遲時間小，可用在專門的電壓比較場合，其實它們也是一種運算放大器。而本設(shè)計中光電檢測中運用的電壓比較器采用LM358芯片，其管腳圖如圖3.5所示。LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，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，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(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算放大器的場合。LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。LM358特性：（1）內(nèi)部頻率補償（2）直流電壓增益高(約100dB)（3）單位增益頻帶寬(約1MHz)（4）電源電壓范圍寬：單電源(3～30V);雙電源(±1.5～±15V)（5）低功耗電流，適合于電池供電（6）低輸入偏流（7）低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流（8）共模輸入電壓范圍寬，包括接地（9）差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍（10）輸出電壓擺幅大(0～1.5V)圖3.5LM358管腳圖本設(shè)計中具體的尋光電路如圖3.6所示，電路中采用光敏電阻作為尋光的傳感元件。圖3.6光電檢測電路3.3.2尋光元件圖3.7光敏電阻器結(jié)構(gòu) 光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強。一般光敏電阻器結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：圖3.7光敏電阻器結(jié)構(gòu)紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。3.3.3尋光執(zhí)行機構(gòu)本設(shè)計采用5V直流電機用來調(diào)整太陽能電池板的支架,直流電機具有以下特點:（1）調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。（2）起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。為了得到理想的轉(zhuǎn)速,本設(shè)計沒有直接用直流電機輸出的動力來控制電池板支架,而是通過一個簡易的變速箱來調(diào)整傳輸比.進而達到速度理想、扭距大的效果。3.4電機驅(qū)動設(shè)計中電機驅(qū)動電路采用繼電器驅(qū)動的方式，每一個電機的正反轉(zhuǎn)均由一個單路和一個雙路繼電器完成，其中單路繼電器控制相應(yīng)電機的驅(qū)動電源的通斷，雙路繼電器則用控制電機的正反轉(zhuǎn)。其原理圖如圖3.8所示。圖中IN4007二極管的作用是續(xù)流，防止繼電器線圈產(chǎn)生的回流將三極管擊穿。圖中三極管的作用是隔離放大作用。圖3.8電機驅(qū)動電路繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)：（1）額定工作電壓：是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。（2）直流電阻：是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。（3）吸合電流：是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。（4）釋放電流：是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠遠小于吸合電流。（5）觸點切換電壓和電流：是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。3.5尋光程序流程圖圖3.9尋光程序流程圖3.6供電系統(tǒng)設(shè)計為了不影響單片機的正常工作設(shè)計中采用兩組電源對控制系統(tǒng)和電機工作進行分別供電。其原理圖如圖3.10和圖3.11所示。圖3.10控制系統(tǒng)總電源圖3.11電機總電源其工作原理是利用9V變壓器將220V交流電降壓至9V，然后9V交流經(jīng)過整流全橋整流成9V直流電源，其中C1和C2為初級濾波電容，9V直流經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓芯片后變成5V電源，再經(jīng)過C3和C4濾波電容后為系統(tǒng)的穩(wěn)定工作進行恒定供電。3.6.1LM7805簡介LM78XX系列是三端1.5A電源穩(wěn)壓電路，其封裝形式為TO-220。它有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區(qū)得保護，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于1.5A的輸出電流。雖然是按照固定電壓值來設(shè)計的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。LM7805引腳功能圖如圖3.12所示。LM7805特點：最大輸出電流為1.5A。輸出電壓為5V。熱過載保護。短路保護。輸出晶體管安全工作區(qū)保護。圖3.12LM7805管腳功能圖4設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試及性能分析是開發(fā)過程的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)完成了系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計和硬件組裝后，便可進系統(tǒng)調(diào)試階段。系統(tǒng)調(diào)試的目的是要查出用戶系統(tǒng)中硬件設(shè)計與軟件設(shè)計中存在的錯誤及可能出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)問題，以便修改設(shè)計，使系統(tǒng)能正常工作。應(yīng)該在方案設(shè)計階段就要考慮調(diào)試問題，如采取什么調(diào)試環(huán)境方法、使用何種測試儀器等，以便在方案設(shè)計時將必要的調(diào)試方法綜合到軟、硬件設(shè)計中，提早做好調(diào)試準備工作。系統(tǒng)調(diào)試包括軟件調(diào)試、硬件調(diào)試及系統(tǒng)調(diào)試。根據(jù)不同調(diào)試環(huán)境，系統(tǒng)調(diào)試可分為模擬調(diào)試與現(xiàn)場調(diào)試。各種調(diào)試所起的作用不同，所處的時段也不一樣，但目標是一致的，都是為了查出系統(tǒng)中的潛在錯誤，提高可靠性，完善系統(tǒng)功能。4.1硬件部分調(diào)試每個單片機應(yīng)用系統(tǒng)都要經(jīng)過硬件的調(diào)試，不同的系統(tǒng)只是調(diào)試過程的繁簡而已。硬件調(diào)試一般要先行，硬件調(diào)試成功后，才有條件進行接口程序的調(diào)試。就目前的硬件集成技術(shù)而言，硬件調(diào)試過程相對比較簡單。就本設(shè)計而言，對硬件電路的調(diào)試首先可以用萬用表測試電路中是否存在短路、斷路、虛焊等問題，再檢查電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象，通過觀看設(shè)計的電源指示燈或測量電源電壓就可以判定系統(tǒng)的電源圖4.1光電檢測是否正常。如果存在就應(yīng)該及時處理，否則系統(tǒng)中的其它器件就有可能被燒毀，后果十分嚴重。當(dāng)以上測試通過之后就可以對系統(tǒng)進行上電測試，檢測接地端電壓是否接近零電壓，接固定電平的引腳端電平是否正確。首先調(diào)試好單片機最小系統(tǒng)，上電后，如果CPU的ALE引腳有脈沖信號輸出，則說明單片機的時鐘電路是正常工作的。上電過程中或點動復(fù)位鍵，如果RESET引腳的電平從高變化到低，則說明復(fù)位電路是正常的；接下來調(diào)試溫度控制電路，我們可以給一個脈沖信號，看加熱電路能否正常工作，如果能夠正常工作就表明溫度控制電路調(diào)試成功；再就是調(diào)試溫度采集電路；當(dāng)以上硬件電路都調(diào)試好了就可以進入軟件的調(diào)試。調(diào)試電機時為了方便調(diào)試，設(shè)計中采用一個發(fā)光二極管代替太陽光照，用發(fā)光二極管照射陽光接收板時使光線從左向右運動。當(dāng)光照在光敏電阻A上時，觸發(fā)LM358的一路驅(qū)動，單片機開始給控制電機水平運動的繼電器信號，繼電器驅(qū)動電機帶動木板向逆時針方向轉(zhuǎn)動一定角度，光從光敏電阻A離開時電機停止轉(zhuǎn)動，這時就可以看光線是否在太陽能電池板的中心，并調(diào)節(jié)LM358上的電位器使其在電池板的中心位置，然后用同樣的方法調(diào)節(jié)光敏B、C、D，最終使光照在陽光接收板的中心位置。設(shè)計的硬件總電路圖如圖4.2所示。圖4.2硬件電路總圖4.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除的過程。軟件調(diào)試一般采用先獨立后聯(lián)機、先分塊后組合、先單步后連續(xù)的調(diào)試方法。在軟件調(diào)試中，首先調(diào)試子程序或函數(shù)，其次調(diào)試中斷服務(wù)程序或函數(shù)，最后調(diào)試主程序或函數(shù)。許多子程序，如控制算法、數(shù)字濾波算法、標度換算、線性化處理等程序和目標硬件無關(guān)，對這部分程序完全可以和硬件進行同步調(diào)試或先于硬件進行調(diào)試。5總結(jié)從資料的查找到電路的設(shè)計，從程序的編寫到功能的基本實現(xiàn)，一路坎坷。在設(shè)計過程中不斷的發(fā)現(xiàn)問題，同時也不斷的解決問題，越來越發(fā)覺制作實物相比整體設(shè)計要難一些，實際制作過程中會遇到多種多樣的問題，要通過不斷的測試和實驗來解決。不能粗心大意，一開始就因單片機一腳沒連接導(dǎo)致單片機不起作用，浪費時間又浪費精力，因此，做任何事都要細心，要考慮的周全，不能因為一時的失敗而喪失信心，從哪里跌倒了要從哪里爬起來，只有有了這樣的精神，才會從問題中學(xué)到更多的知識，為我們以后更好的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。6致謝參考文獻［1］蘇平李曉荃．單片機原理與接口技術(shù)．北京：北京電子工業(yè)出版社.2003。［2］