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1、第I页基于单片机msp430的点光源跟踪系统硬件设计设计总说明目前太阳能是一种清洁无污染的能源, 发展前景非常广阔, 太阳能发电已 成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时 间不断变化的问题, 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多 太阳能电池板阵列基本上都是固定的, 没有充分利用太阳能资源, 发电效率低 下。据实验, 在太阳能光发电中, 相同条件下, 采用自动跟踪发电设备要比固 定发电设备的发电量提高35%，因此在太阳能利用中进行跟踪是十分必要的。 本设计给出了一种基于单片机的点光源自动跟踪系统设计方案 , 该设计使 用TI公司的超低功耗的MSP430
2、F149 单片机作为整个系统的控制核心， 主要由电 机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。利用4路光敏三极管 (3DU33)来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控制器 MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将 运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。当水平方向上的2路 光敏三极管测量数值相对接近， 同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相 对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。同时将光敏三 极管检测的信号显示在LCD液晶屏幕上。 本设计可以扩展为以后的太阳能发电的自动跟踪系统。该系统不仅能自动 根据太
3、阳光方向来调整太阳能电池板朝向, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过 程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变 化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广 应用价值。关键词：MSP430；光源；跟踪；检测；传感器第II页Msp430Msp430Msp430Msp430 microcontroller-basedmicrocontroller-basedmicrocontroller-basedmicrocontroller-based pointpointpointpoint sourcesourcesourcesource trac
4、kingtrackingtrackingtracking systemsystemsystemsystemHardwareHardwareHardwareHardware DesignDesignDesignDesignDesignDesignDesignDesign DescriptionDescriptionDescriptionDescriptionCurrently solar energy is a clean and pollution-free energy, the development prospects are very bright, solar power has b
5、ecome the worlds fastest-growing technology. But it also has intermittent, light direction and intensity of the problem change over time, which the collection and use of solar energy put forward higher requirements. At present, many solar arrays are basically fixed, do not make full use of solar ene
6、rgy resources, power generation efficiency is low. According to experiment, solar power, the same conditions, power generation equipment using automatic tracking equipment than the fixed power generating capacity increased by 35%, so to track utilization of solar energy is necessary. This design giv
7、es a light source based on single chip design of automatic tracking system, the design uses TIs MSP430F149 ultra-low power microcontroller controls the whole system as the core, mainly by the motor drive module, point source detection module, power supply conversion module and other modules. Using 4
8、 phototransistor (3DU33) to detect the location of a point source is detected and amplified signal to pass the controller MSP430F149 microcontroller, operation and processing through the MCU to determine trends in the movement of light source, and operation of the control signal transmission to two
9、stepper motors, to follow the point source movement. When the horizontal direction, 2-way phototransistor relatively close to measured values, while 2-way vertical phototransistor on the measured values are relatively close, the sensor is located in the middle of the vertical laser pointer to point
10、to the exact point of light. Phototransistor detected the same time are shown on the LCD liquid crystal screen. This design can be extended automatically for subsequent sun tracking system. The system can not only automatically adjust the direction of sunlight solar panels toward the simple structur
11、e, low cost, but also in the process of tracking memory and can automatically correct the coordinates of the location at different times, without human intervention, especially for more complex and non-weather people on duty, effectively improving the utilization of solar energy, has a higher value.
12、KeyKeyKeyKeyWWWWords:ords:ords:ords: MSP430; light source; tracking; detection; sensor第III页目录1 绪论. 12 点光源跟踪系统硬件设计. 22.1 系统设计概述22.2 方案论证与比较32.2.1 主控芯片的选择32.2.2 电机的选择42.2.3 电机驱动的选择42.2.4 传感器的选择42.2.5 LCD 液晶显示器的选择52.3 系统硬件设计52.3.1 硬件方框图52.3.2 单片机 MSP430.62.3.3 步进电机82.3.4 液晶显示器102.3.5 信号放大器142.4 硬件电路图设计
13、142.4.1 电源转换电路设计142.4.2 信号检测电路设计152.4.3 步进电机驱动电路设计152.4.4 键盘设计162.4.5 液晶显示器的设计162.4.6 系统原理图173 印刷电路图的绘制. 183.1 PCB 图绘制的准备18第IV页3.2 PCB 的绘制184 仿真步进电机的控制. 194.1 硬件仿真194.1.1 方案设计194.1.2 硬件仿真原理194.2 软件仿真224.2.1 程序流程图224.2.3 源程序224.3 系统调试和结果分析234.3.1 电机正转运行234.3.2 电机反转运行244.3.3 仿真结果与分析245 总结. 25致谢 26参考文献
14、 27附 录 28第1页1 绪论该设计采用 TI 公司的超低功耗的 MSP430F149 单片 机作为整个系统的核 心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。利用 4 路光敏三极管(3DU33)来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控 制器 MSP430F149 单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势， 并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。当水平方向上 的 2 路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上的 2 路光敏三极管测量 数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。同时 将光敏三极管检测的信号显示在 L
15、CD 液晶屏幕上。本系统可以扩展为以后的太 阳的跟踪。太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前景非常广阔。然而它也 存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，这就对太阳能的收集 和利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，没 有充分利用太阳能资源，发电效率低下。据实验，在太阳能光发电中，相同条 件下， 采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高 35%， 因此在太阳 能利用中，进行跟踪是十分必要的。本文给出一种基于单片机的太阳光自动跟 踪系统设计方案， 该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向， 结构简单、成本低，而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不
16、同时间的坐标位置， 不必人工干预，特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况，有效地提高了 太阳能的利用率，有较好的推广应用价值。第2页2 点光源跟踪系统硬件设计2.1 系统设计概述本设计是一个点光源追踪系统，主要由传感器来对光照检测与处理，控制 器分析与处理，执行机构运行和模块显示这几个部分构成。整个系统是以单片 机为控制核心，通过四个光敏传感器来检测光照，依据光照度的变化、大小来 判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二 维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度。当水平方向上的两传感 器的测量数值相对接近， 同时竖直方向上的两传感器的测量数值也相对接近时， 位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。 本系统是有控制核心的单片机对传感器检测的光源的信号进行分析和处理 然后控制电机，使其跟随点光源移动。达到跟踪点光源的目的。系统的硬件主 要有控制器单片机，电机驱动模块，点光源检测模块，显示模块，键盘，电源 转换模块等模块组成的。具体方框图如图2-1所示。第3页图2-1 系统方框图2.2 方案论证与比较2.2.1 主控芯片的选择根据本题的要求，
