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1、日光跟踪系统II摘要本文详细介绍了日光跟踪系统的软件设计方案及硬件整体结构，本系统是以单片机为核心, 应用太阳辐射与环境亮度比较的方法，由光敏二极管及放大电路组成了光电检测和比较装置（跟踪暗桶） ，以两台直流电机用电枢串电阻调速的方法来拖动跟踪暗桶，构建了方位角和高度角双轴机械跟踪定位系统，使跟踪暗桶中心线与日光夹角保持在一定的精度，由此组成自动跟踪装置，实现了追踪日光的效果，达到提高太阳能利用效率的目的。详细解读软件程序应该具备的功能，根据软件功能完成了C程序的设计，并应用KeilC软件将C语言程序用汇编语言做简单解释。该系统能自动根据日光，跟踪精度高, 结构简单，成本低, 不必人工干预,
2、特别适合无人值守的情况, 有较好的推广应用价值。 关键词： 光电检测；日光自动跟踪； 跟踪暗桶AbstractThis paper introduces the design of the software sun tracking system and hardware structure of the system based on SCM, as the core, and application of solar radiation and environment, photosensitive diodes and by amplifying circuit of photoelec
3、tric detection is formed and tracking device, dark with two dc motor armature resistance with the method of speed to drag tracking dark barrels, constructs the azimuth and high Angle tracking system, mechanical six-fatigue centerline and dark barrels to track the sun Angle, the precision of automati
4、c tracking device consisting of sunlight, tracking, and to enhance the effect of solar energy utilization efficiency. Detailed analysis software program should possess the function, According to the software function complete C program design, and the application of software will KeilC C language pr
5、ogram written in assembly language do simple explanation. The system can automatically according to the sun, and high precision, simple structure, low cost, no manual intervention, especially suitable for the situation is unattended, effectively improve the utilization of solar energy, and has good
6、application value.key words： Photoelectric detection；Automatic tracking the sun；Tracking dark barrels目录1 绪 论1课题意义12 方案论证22.1 基本设计思路22.2数据采集部分设计思路42.3单片机部分设计思路63 电机拖动及调速方法分析113.1电动机的机械特性113.1.1 机械特性方程113.1.2 固有机械特性123.2 他励直流电动机的制动153.2.1能耗制动163.2.2反接制动173.3 他励直流电动机的调速193.3.1 电枢串电阻193.3.2 降低电源电压224 日光
7、跟踪系统软件设计244.1主程序设计244.2 中断服务程序设计284.2.1 AT89S52的中断源284.2.2 AT89S52的中断控制寄存器IE284.2.3 定时器/计数器方式寄存器TMOD294.2.4 中断优先控制寄存器IP304.2.5 AT89S52中断系统结构314.2.6中断服务程序分析314.3 数据采集及日光跟踪程序设计334.4 过热、过压、越线、堵转停车程序设计354.5 C语言程序用汇编语言简单解释365 总结37参考文献38致 谢39附录C语言程序40附录 C语言程序用汇编语言简单解释461 绪 论课题意义太阳能是一种环保可再生新型能源，太阳能能解决能源短缺和
8、环境保护等方面的问题, 而且太阳能清洁无污染、取之不尽、用之不竭,我国每年接收到335873KJ/cm2，地球每天收到的太阳能约41015 千瓦时，相当于2.5108 万桶石油,然而现如今太阳能利用率并不高其原因主要是太阳能的，分散性，方向性，不稳定性。现如今提高太阳能的利用率组要有以下两种方法：使太阳光永远垂直照射在接收面上（能量积分）；提高太阳能的吸收率和转化率。伴随着环境能源等一系列问题的出现，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变
9、化，常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76，已成为我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨，从长远看来太阳能利用技术太符合“低碳”要求，而 “低碳”又是时代赋予的使命，因此太阳能利用技术，也不失为是解决能源问题和可持续发展问题的一种良好途径。就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太
10、阳能发电等方式。日光跟踪系统的研究，为充分利用太阳能而立，通过对日光的跟踪提高太阳能的吸收率，从而更充分的利用太阳能，如应用用日光跟踪系统完善太阳能发电，太阳集热等。本课题“日光自动跟踪器系统”正是基于以上所陈诉的意义的基础之上充分的利用太阳这种可再生的高级能源，来满足人们的工作学习等多方面的要求，所以其意义深远性无可否认，其发展程度无可或缺。2 方案论证2.1 基本设计思路本课题采用比较控制实现对日光的自动跟踪。利用光敏二极管在光照时输出电压发生变化的原理，将四个完全相同的光敏二极管管分别放置于跟踪器的东南西北方向边沿处（跟踪器平面结构图如图2.1）如果太阳光垂直照射跟踪桶时，东西（南北）两
11、个光敏二极管接收到的光照强度相同，所以它们的输出完全相等，此时电动机不转动。当太阳光方向与接送板的法线有夹角时，接收光强多的光敏二极管输出电压减小，信号采集电路可以采集到光敏二极管的信号差值，控制电路将此差值转换成控制信号，驱电动机转动，直至两个光敏二极管上的光照强度相同。其优点在于控制较精确，且电路也比较容易实现。图2.1跟踪筒正面结构图如图2.2所示，检测装置不仅能接收到平行于跟踪暗桶的日光，还能接收到与跟踪暗桶夹角在误差角度（0.5）的日光，再由跟踪桶半径为1cm可计算出跟踪暗桶的长度 ，图2.2 跟踪暗桶侧面结构图2.2数据采集部分设计思路数据采集主要用到由光敏二极管组成的光电传感器和
12、A/D转换器，其主要是将采集来的信号经过滤波及放大处理再通过A/D转换器，传送给计算机来控制电机动和正反转和停转。从而实现最大效率的利用太阳能。如图2.3所示为光敏二极管组成的最简单的光检测电路，图2.3(a)是二极管输出端为开路方式，其输出电压随入射光量的对数呈线性变化，但容易受温度变化的影响。图2.3(b)是二极管输出端为短路方式输出电流随入射光量的对数呈线性变化一般采用输出端短路的工作方式。 (a) (b)图2.3简单的光电检测电路光敏二极管加反向偏置，则响应速度可提高几倍以上，响应特性比无偏置电路好，但暗电流比无偏置电路大，由于在日光跟踪测量中，被测信号都比较微弱，暗电流的影响一般都非
13、常明显。本设计待检测信号也是十分微弱的信号，尽量避免干扰是首要任务，所以设计时光敏二级管工作采用无偏置工作模式图2.4是光敏二极管工作在无偏置电路实例，其中图2.4(a)接高阻抗负载图2.4(b)接低阻抗负载。负载阻抗越高其特性越接近输出端开路方式，负载阻抗越低则越接近输出端短路方式。然而因二极管都是单个使用，所以输出信号极小一般需要接放大电路。图2.4光敏二级管无偏置电路由于光敏二极管触发电路产生的信号，需要经过AD转换电路传输给控制芯片，而A/D转换电路所需电压幅值一般为2V。，输出的电压信号一般还需要继续放大几百倍，因此还需应用主放大电路。其典型放大电路如图2.5所示图2.5典型放大电路
14、该主放大器的放大倍数为A=lR2/R3，其中R2为反馈电阻。为了后续电路的正常工作，设计时需要设定合理的R2和R1值，以便得到所需幅值的输出电压。即有2.3单片机部分设计思路单片机的软件设计采用模块化设计的方法，主要分为如下几个软件模块：电机控制模块、A/D转换模块。计算机系统框图如图2.6图2.6计算机系统框图电机控制模块主要用AT98S52单片机来实现，AT98S52单片机特点是，8位字长的CPU;可在线ISP编程的8KB片内Flash存储器；256B的片内数据存储器；可编程的32根I/O口线（P0-P3）；可编程16位定时计数器；双数据指针DPTR0和DPTR1；具有8个中断源，6个中断
15、矢量，2级优先权的中断系统；可在空闲和掉电两种低功耗方式运行，3级程序锁定位；全双的UART串行通讯口；1个看门狗定时器WDT；具有掉电标志位POF；与MCS-51单片机产品完全兼容。AT89S52引脚图如图2.7图2.7 AT89S52引脚图A/D转换模块用ADC0809芯片，ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近。ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图2.8所示。引脚功能如下 IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： AD转换结束信号，输
