毕业论文80472

1、.毕 业 设 计 论 文（2009届）设计（论文）题目 太阳能电池板追日装置的研制 学院名称 机械与汽车工程学院 专 业 （班 级） 机械设计制造及其自动化 05-6班 姓 名 （学 号） 赵 亮 （20050499） 指 导 教 师 刘 征 宇 系（教研室）负责人 曾 亿 山 宋 守 许 目 录中文摘要1Abstract21 引 言32系统总体方案设计62.1系统组成72.2本课题方案选择73 电动机的选型84 检测电路设计114.1检测方案选择114.2 检测电路设计135 控制单元的设计145.1 CPU的选择155.2 时钟电路的设计175.3 数码管与单片机的连接195.4 电动机接

2、口电路及驱动器205.5 步进电动机的驱动21结 论22谢 辞23参 考 文 献24附录1 系统电气原理图24太阳能电池板追日装置的研制摘要:以单片机的控制处理为核心, 利用由光敏电阻二极管组成的检测电路和步进电动机的驱动放大电路以及机电传动机构， 构建了一个在方位角和高度角都能自动调节的双轴机械跟踪定位系统。这是一套自动使太阳能电池板保持与太阳光垂直的自动跟踪系统。介绍了系统的结构和工作原理以及元器件的选择。在任何天气里面都能很好的检测追踪太阳的位置，控制精度高，具有广泛的应用潜力。实现了追踪太阳的效果，达到提高发电效率的目的。关键词：太阳跟踪；光电检测；自动定位；单片机Abstract :

3、 Using Single-chip microcomputer as the core of the control processing, containing the diode resistance from the photosensitive composition of the detection circuit and the stepper motor driver amplifier circuit, as well as mechanical and electrical transmission, a biaxial mechanical positioning tra

4、cking system which azimuth and elevation angle can be adjusted automatically is build. This is a set of solar panels tracking with the vertical rays of the sun automatically. It introduces the system structure and working principle as well as the choice of components. It can test and track the locat

5、ion of the sun correctly in any kind of weather with high precision in control. It has wide range of potential applications. It Achieves the effect of tracking the sun and realize the purpose of power generation efficiency.Keywords ：sun tracking; photo-electric detection; automatical positioning; si

6、ngle - chip microcomputer 1 引 言1.1太阳能应用情况1.1.1能源与环保随着时代的前进，人类社会和经济的发展速度日益增加，但是与此同时人类社会的负担和责任也随之增加。能源是国民经济和社会发展的基础，社会经济发展得越快，人类对能源的需求就越大，利用能源时可能对环境造成较大程度的破坏。目前世界的主要能源是由吸收太阳能的植物经亿万年的演化积累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然气等。正是由于上述原因，世界能源问题日益严峻，表现在如下方面:（1）能源短缺世界上大部分国家能源供应不足，据统计近10 年内化石燃料(煤、石油与天然气等)能量消耗增加了近20倍，预计今后十年化石燃

7、料的用量将翻一番，但全球己探明的石油储量只能用到2050年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。（2）环境污染由于燃烧 煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量，局部地区形成酸雨，严重污染水土。（3）温室效应化石能源的利用产生大量的温室气体而导致温室效应，引起全球气候变化。这一问题己提到全球的议事日程，有关国际组织己召开多次会议，限制各国COZ等温室气体的排放量。能源问题关系到经济是否能够可持续发展。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的极大关注。现在人们常用的一次能源有煤炭，石油，原子能

8、等。占人们能源消费的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。据有关资料显示:石油储量的综合估算，可支配的化学能源的极限大约为1180一1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量32亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭;天然气储备估计立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在57一65年内枯竭;煤的储量约为5600亿吨，1995年煤炭开采量为3亿吨，可以供应169年;铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期，核聚变在2050年前没有实现的希望。能源短缺 的形势很严峻，当前世界多数国家对能源问题都很重视。

9、新能源技术及节能技术在世界范围内迅速发展。太阳能、绿色生物能、燃料电池、海洋能等新能源的研究与应用为人们描绘出希望。其中太阳能应用技术以其独特的优势在全世界蓬勃发展，使人们在能源危机的焦虑中，感到不少欣慰。太阳能的特点与优势太阳是个巨大的能源。地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳的。煤炭、石油都是古时候由动物或植物存储下来的太阳能。太阳每秒钟发出的能量有3名65xl护6J，相当于每秒钟燃烧1.犯x1016t标准煤所发出的能量。太阳是以辐射的方式向四周传播它的能量的。太阳发出的能量中约有2亿分之一到达地球约是球1.73x1014kw。这些能量经过地球大气层的吸收与反射，最终到达地球表面的约有81

10、xl013kw。全世界人们一年所用的各种能量之和也只有到达地球表面的太阳能的数万分之一，利用太阳能的潜力是十分巨大的。太阳辐射能的强度用太阳常数表示。在地球大气层的上界，在平均日地距离时，在垂直于太阳光的方向上，在单位时间和单位面积内，太阳辐射能有一个比较恒定的数值，这个数值就叫太阳常数，它的值大约是1367土7w加2。太阳辐射能与煤炭、石油、核能相比较，有如下的优点:（1）普遍性 。地球上处处都有太阳能，不需要到处去寻找，去运输。（2）无害性。利用太阳能作为能源，没有废渣，废料，废气，废水的排放，没有噪声，不会污染环境，没有公害。（3）长久性 。只要有太阳，就有太阳能，因此太阳能可以说是取之

11、不尽，用之不绝。（4）巨大性。一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种能量的总和大几万倍。因此 ，太阳能是理想的替代能源之一，太阳能的开发利用是解决能源短缺问题、实现可持续发展的有效途径之一。我国太阳能产业所存在的问题我国太阳能资源十分丰富，但就目前来看，国内太阳能的利用还是远远不够的。这主要是由于太阳能资源自身存在一些缺点:太阳光的密度低、照射间歇性、空间分布不断变化。因为这些缺点，使得单位时间内单位面积上太阳光接收器接收到的能量相对较少(能量密度低)。1.2 太阳能跟踪技术 太阳能跟踪的产生根据太阳能利用的现状有人提出通过加入跟踪装置来提高太阳能的利用率:不管哪种太阳能利用设

12、备，如果将其太阳光接收装置始终保持与太阳光垂直，就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能(接收更多的直射太阳辐射)。如果利用跟踪装置使受光面始终与太阳光线相垂直，从日出到日落跟踪太阳，就能收集到更多的太阳辐射，进一步充分利用太阳能。就民用太阳能屋顶发电产业现状而言，目前一直没有一种廉价高精的跟踪装置，导致这一产业发展缓慢。如果开发出跟踪效果较好的太阳能电池自动跟踪系统，使太阳能电池板始终对着太阳，保持最大的发电效率，就能大大推动太阳能电力系统的发展。这时候太阳能跟踪技术应运而生，即利用某种技术手段实现了对太阳跟踪以获得更多的光能，达到提高太阳能利用效率的目的。 本课题的研究内容我的课题是关于太

13、阳能追日装置的研制。其主要内容是通过某些技术手段来实现对太阳的跟踪，进而提高太阳能的利用效率。 太阳能跟踪目前存在的问题综上所述 ，现存的跟踪装置，用于观测太阳活动的装置虽然跟踪准确但价格昂贵;其它类型的跟踪装置普遍存在的问题是精度较差，其中，压差式和控放式太阳跟踪器原理结构较复杂;时钟式和程序控制式的跟踪装置存在着累计误差且不能自动消除光电式跟踪装置跟踪比较精确，原理简单，容易实现，但是不能连续对太阳运动进行跟踪。因此，设计一种新的太阳跟踪装置，使之具有跟踪范围广，精度高，原理结构简单方便的特点，并尽快将这一技术转化为生产力、形成高技术含量的产品，能够推动太阳能的普及利用，拓宽太阳能的利用领

14、域。1.2.4 本课题的经济性分析太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。尽管相继研究出一系列的太阳能设备，如太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能电池等等，但对太阳能的利用还远远不够，究其原因，主要是利用率不高。就目前的太阳能设备而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，仍为国内外学者的研究热点。解决这一问题应从两个方面入手，一是提高太阳能设备的能量转换率，二是提高设备的能量接收效率，前者属于能量转换领域，还有待研究，而后者利用现有的技术则可解决。太阳光线自动跟踪装置为解决这一问题提供了可能。不管哪种太阳能设备，如果它的能量转换部分能始终保持与

15、太阳光垂直就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。但是太阳每时每刻都是在运动着，能量转换部分若想始终保持与太阳光线垂直，就必须要跟踪太阳.跟踪与非跟踪，太阳能设备能量的接收率相差37.7%。精确的跟踪太阳可使太阳能设备的能量利用率大大提高，拓宽了太阳能的利用领域.图1.1 跟踪模式与非跟踪模式光强的对比 图1.1 很直观的说明了跟踪与非跟踪所产生的太阳能的利用差别,跟踪能使电池更好的更多的接受太阳的直接照射,能产生更多的电量,同时也提高了该系统的应用价值。2系统总体方案设计本课题的研究目的在于如何让太阳能电池板获得更多的能量接受更多的光照,更高效率的利用太阳能。分析可知，本设计大概分为两部分

16、控制电路设计，检测电路的设计和电机选型等三个模块。2.1系统组成传感器微处理器机械传动机构电机驱动放大电路 太阳能电池板图2.1 光线自动跟踪系统如上图所示,该系统主要由光敏电阻传感器、微处理器、电机驱动电路、电机和机械传动机构 5 部分组成。光传感器采集水平和垂直方向的光强度信号。微处理器采用单片机控制,实现数据的采集、处理以及电机的驱动控制。驱动部分采用了电机驱动芯片,提高了驱动能力和精确度,简化了系统。2.2本课题方案选择选择根据设计方案的不同，可以有三种方案：方案一; 与最先想到的方案就是做一个类似卫星上电池板的装置,带有自动追日的效果.就是它能根据太阳光的强弱自动调节水平和垂直的方向

17、来保证太阳能电池板有最大的受光面积。方案二：做一个单片机控制步进电机的控制旋转装置上装一个电池板人工设定好角度和开始旋转时间。这是个开环控制。方案三:利用光敏电阻和单片机等元件来调节太阳能电池板的旋转。相对于电池板东西方向转动追日的调节来说电池板的高度调节对发电的影响小,但是也会影响到,所以方案3就是一个双轴的太阳能追日装置。三种方案的比较：第一种方案很能锻炼我的设计制作能力与动手能力，但实施起来特别困难。首先是技术上的不足，也就是自己的能力有限，类似卫星的装置过于复杂，自己的时间又是有限的，所以放弃了方案1。对于方案二，我觉得可行 ，实施简便，是一个非常典型的开环控制，而且需要人工来调节，不

18、过它不能根据晴天阴天调节自己的位置，只是周而复始的转动，而且也不能在高度角上进行调节。我个人最喜欢方案三和方案一比较它简单而且实用;和方案二比较它有反馈电路,控制系统。综上所述我选择方案三。它既简单，又能根据阳光的强度进行高度角和位置上的调节。图2.2 机械部分成型示意图 图2.2 是机械部分的成型示意图，步进电动机直接带动回转装置进而直接进行左右方向的调节，通过电动推杆来控制上下方向的调节的。电池板的重量为31kg，上支架为6kg，支架为23kg，电动推杆11kg，回转装置52kg。3 电动机的选型本太阳能自动跟踪光伏发电系统求能够比较准确的跟踪太阳位置,因此要求驱动电机能够准确的把电信号转

19、化为电机轴上的角位移。能够满足此要求的驱动电机有伺服电机和步进电机两种。步进电机能够根据经过单片机处理的的电信号进行电机轴角位移的调整，控制较为简单;另外，步进电机价格低廉，性能可靠。本太阳能自动跟踪光伏发电系统要求设计简洁有效、性价比高，因此在本课题中选用了步进电机做为驱动源。3.1选择步进电动机的原因步进电机又称为脉冲电动机,是数字控制系统中的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号变换成相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。步进电动机的移量或者线位移量与脉冲数k成正比;它的转速n，或者线速度v与脉冲频率f成正比。在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大

20、小、环境条件的波动而变化.因而可适用于本系统中作为执行元件，使控制系统大为简化。步进电动机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速;能够快速反转和制动，很适合采用微型计算机控制。步进电动机是纯粹的数字控制电动机,即给一个脉冲信号，步动机就转动一个角度，因此作常适合于单片机控制。步进电动机有如下特点:(1)1步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比,因此,当它转一周后，没有累计误差，具有良好的跟随性。(2)步进电动机与驱动电路组成的数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。(3)步进电动机进的动态响应快，易于起停、正反转及变速。(4)速度可在相当宽

21、的范围内平滑调节。低速下仍能保证获很大的转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。3.2步进电机的确定按励磁方式分类，步进电动机可分为3大类。(1)反应式步进电动机(简称VR)反应式步进电动机又称为磁阻式步进电动机。它的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。它的结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差.(2)永磁式步进电功机(简称PM)永磁式步进电动机的转子是用永磁材料制成的.转子本身就是一个磁源。它的输出转矩大，动态性能好。转子的极数与定子的极数相同，所以步距角一般较大。需供给正负脉冲信号。(3)混合式步进电动机(简称HB)混合式步进电动机也称为感应式步进电动机。它综合了反

22、应式和永磁式两者的优点，它的输出转矩大，动态性能好，步距角小。在本设计中，考虑到驱动电机带动的负载较大，故选用了两相混合式步进电机做为系统驱动源。本设计选的是北京捷科利达机电设备有限公司提供的85BYGH450A混合型步进电动机，技术参数如表3.1所示。表3.1 所选步进电机的参数电池板的一些参数以及见上图3,根据质量来估算所需要的功率大概是150W我们必须选择一个放大电路,以达到节能和驱动的要求.所选放大电路如下图所示经过计算可得该电路的放大倍数是20，所以电机的输出功率是2.24*4*20=160W大于150W的要求，而该模型的发电功率大概是350W，我们计算可得需要的驱动电机的功率远远小

23、于发电产生的功率，所以该装置有实际的效益，设计合理，可以进行生产。图4是本设计所需要的功率放大电路，它放大的倍数A=1+R3/R2,下面进行简单说明。图3.1 功率放大电路4 检测电路设计4.1检测方案选择太阳的方位随着观测位置和观测时间的不同而不同, 因此, 欲跟踪太阳就必须先对太阳进行检测定位对于如何定位太阳的精确位置以获得最大的光照我们有以下3种方案:方案1：图4.1是太阳光电定位装置中光电检测电路的俯视图, 共由5个光电三极管组成正中央个, 旁边个围成一圈将此检测板用一不透光的下方开口的圆柱体盖住, 圆柱体的直径略大于检测板的外圆圆柱体的上方中央开一个与检测用的光电二极管直径相同的洞,

24、 以便光线通过将整个光电检测装置安装在太阳能圈光电检测管排列光电池板上, 光电二极管的检测面与电池板平行在圆柱体的外面不受圆柱体遮挡的地方确保会受到光线的照射也安装一个光电二极管, 其朝向与圆柱体内的光电二极管朝向相同, 用于检测环境亮度, 并与圆柱体内的每个光电二级管及运放可用集成电路中的一个构成一个比较电路, 如图4.2, 适当调整图中电阻的阻值, 这样当圆柱体内的光电二极管没有受光线照射时, 运放将输出低电平此电平可接到的输人端进行检测, 圆柱体内的每个光电二级管各用一个单片机的输人端, 共个这样就可以检测太阳光线的朝向,来决定哪个电机转动, 向哪个方向转动另外, 为了增大光电二极管的检

25、测范围, 视实际情况需要, 也可再增加一圈紧密排列的光电二极管, 外圈的光电二极管与内圈的相应位置的光电二极管并联。图4.1 光电检测管的排列图4.2 光电检测电路方案2：图像传感器的太阳方位检测系统太阳光线经过成像机构（一次传感器）在半透明的接收屏上投影为光斑，接收屏下方的CMOS图像传感器OV7620（二次传感器）对接收屏图像进行光电转换、放大、 A/D转换，最后输出数字图像信号。DSPTMS320LF2407A完成数字图像信号的存储和处理，提取光斑的亮度特征，测定光斑中心对接收屏的高度角与、方位角从而得到太阳的高度角和方位角并在LED数码管上显示。图4.3 系统原理框图方案3:利用太阳

26、高度角和方位角的数学模型，就可以在固定纬度，固定时段计算出太阳在此条件下的方位。从而可以通过控制使光伏系统朝向太阳位置对其进行有效跟踪，提高系统的发电效率.计算太阳高度角的表达式为sin h =sin a*sin b+cos a*cos b*cos w式中，a为地理纬度，度;b为太阳赤纬，度;w为太阳时角，度。太阳方位角的计算公式为sin x=cos b*sin w/cos h反复比较这三种方案,第三种麻烦而且是开环控制还不能在阴雨天用所以先放弃第三种方案,对于方案二,可行性虽然比较好,但是图像处理技术我没有接触过,所以选择方案一.它不仅方法简单而且易于实现光电检测的要求,而且对光强的检测精度

27、很高,还比较容易接受。4.2 检测电路设计 检测电路的连接图如下图所示，当图中圆柱体中的光敏二极管接受到光照时，都与在外面的的光敏二极管1所产生的电压信号做出比较，产生高电平或者低电平，输入到单片机的P0口，通过单片机中程序的处理后，发出控制步进电动机的脉冲信号，来控制步进电动机调节电池板的转动方向，以达到电池板始终处于能接受到最大的光照的位置即保持太阳能电池板始终与最强光照的方向垂直。检测电路采用光电二级管及运放此处采用LM324集成电路中的一个，LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。图4.

28、4 检测电路图5 控制单元的设计控制单元主要包括单片机的选择，时钟电路的设计，数码管与单片机的连接，电动机的控制电路的选择。5.1 CPU的选择 目前市场上的单片机从数据总线宽度上来分主要有8位机、16位机、32位机，其中的32位单片机近年来在信号分析与处理、语音处理、数字图象处理等数字信号处理运用领域得到广泛的运用，但在工业测控现场，占主导地位的还是8位机和16位机，对本课题运用单片机的主要目的是实现数据采集、步进电机的控制，它所处理的信息量和复杂程度用8位机已经足够了。目前，生产单片机的厂商有很多，尤其是近年来微电子技术、计算机技术的飞速发展，比较著名的有Intel, Philips,Mi

29、crochip, Motorola, Zilog, Atmel等半导体企业。在上述著名的半导体企业产品中，尤其在工业测控场合，运用较多的为Intel公司的MCS-51系列，Microchip公司的PIC系列，近年来，随着Intel公司对8031内核的公开以及各半导体企业在关键技术上的相互渗透，不仅Intel公司，而且Philips公司、Atmel公司等企业目前都生产MCS-51系列的CPU.近十年来在工业测控领域，国内运用最多的恐怕是Atmel公司的AT89系列，它的标准型产品不仅在指令上，而且在管脚上都兼容Intel公司的MCS-51系列的第一CPU8031，并在片内存储器、振荡电路、功耗、

30、软件加密以及内置看门狗等技术水平上均有很大程度的提高，使国内的智能仪表行业的设计与开发者越来越感到使用和设计上的方便。尽管最近几年Philips公司生产的P87LPC系列的单片机在体积缩小、功耗降低、CPU的运算速度加快、增加丰富的功能部件(如模拟比较器、Watchdog，工2C总线、AID, D/A, PWM等)等方面作了不少文章，使得在一些较小的智能系统中得到了较好的运用，如果作单路温度测量，恐怕要选择该系列的CPU，但该系列的少引脚特点就不适合本设计的需要。本设计根据本系统对单片机功能的要求，设计中本文选用了美国ATMEL公司的AT89S51单片机。主要是因为:八位单片机是目前品种最为丰

31、富、应用最为广泛的单片机，有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广等优点。MCS-51系列产品因为开发工具及软硬件资源齐全而占主导地位。AT89S51是ATMEL公司新推出的AT89C51的升级产品，全面兼容AT89C51，而且与AT89C51相比，新增加了以下几个主要功能:可以通过数据下载线进行在线编程下载，使程序的写入更加方便简捷;工作晶振可以达到33MHz，提高了运行速度:新增了看门狗电路，提高了电路的抗干扰性。AT89C51的特性:1 与MCS-51产品兼容。2. 4K字节可编程闪速程序存储器;寿命:1000写/擦循环。3.全静态工作:0一33MHz.4. 3级程序存储器加密

32、锁定。5. 128X8位内部RAM。6. 32条可编程UO线。7. 两个16位定时器/计数器。8. 5个中断源。9. 可编程串行通道。10低功耗的闲置和掉电模式，从掉电模式中断恢复。11. 看门狗定时器。12双数据指针。13断电标志。电源和部分重复的光电检测单元、高度角的三级管和继电器(和图中方位角的相同没有画出)图中DO为置于外部环境中的光电二极管, 通过调整R27, 可使在外界没有光线时,单片机P17脚检测到低电位,以判断昼夜。D1为置于圆柱体中央的光电二极管适当调整R0和R1的值,使当圆住体中的光电二极管D1在受到光照时运放A1能输出高电平(1),而D1在没有受到光照时输出低电平(0)。

33、其他各路也同样处理。S2,S3为行程开关,用于检测方位角和高度角的初始位置。图5.1 单片机于外围电路的连接图5.2 时钟电路的设计 由于系统中要进行一些与时间有关的控制, 这就需要使用实时时钟。若使用单片机进行计时, 则天长日久会引起较大的误差, 因此使用DALLAS 公司生产的串行实时时钟芯片DS1302。它具有实时时钟和31字节的静态RAM, 采用串行通讯,可方便地与单片机接口。DS1302可提供秒、分、时、日、星期、月和年(带闰年补偿) , 可采用12h或24h方式计时, 采用双电源(主电源和备用电源) 供电。将DS1302 SCLK、IPO、RST三根引脚与单片机AT89C51 的三

34、根输入口相连接。DS1302 主要引脚有: X1 , X2 : 连接321768kHz 晶振。GND : 电源地。RST: 复位, 用于对芯片操作。IPO : 数据输入、输出引脚。SCLK: 串行时钟输入。VCC1 , VCC2 : 主电源与后备电源。DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线

35、，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向),SCLK始终是输入端。数据输入输出(I/O)在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输

36、入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 图5.2 DS1302与单片机的连接图5.3 数码管与单片机的连接 图5.3 单片机与数码管连接图数码管选择SM4205，其为共阴极数码管(共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮)，数码管采用P2口作为段选码输出，由P3.2,P3.3,P3.5引脚作为位选码输出引脚。数码管要正常

37、显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢）,实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示

38、方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,d,p"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽

39、管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。5.4 电动机接口电路及驱动器该电路用于控制电动机的启动与停止，电路图5.4 所示。继电器的2组触点一组用于控制电机的转动,另一组同时接通电磁阀,解除锁定。在本光伏发电系统中使用了两相混合式步进电机，此类型电机输出转矩较大，根据电机的性能和特点，步进电动机驱动器选用JK-ZHB03M驱动器。(1)JK 一ZHB03M 驱动器的特点1)单极驱动，恒流控制，极低的电源消耗，极高的开关效率;2)驱动电流.08一.35A可调;

40、3)细分数可由拨码开关设定1超，1/16，1/32，1/64，1/5，1八0，1/20，1/40;4)所有输入信号与功率放大部分光电隔离，散热器外壳与驱动器内部完全电绝缘 。图5.4 电动机的启动与停止电路5.5 步进电动机的驱动 步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行器。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比。改变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向:改变通电频率可改变步进电动机的转速。步进电机的单片机控制可分为串行控制和并行控制。1.串行控制方式要求驱动装置必须带有环形分配器，它能够完成对电动机各相励磁的分配及转换

41、顺序。该方式使单片机系统与每个步进电机驱动装置之间只需4个端口，结构比较简单。只要控制输入驱动装置的脉冲数量，频率和方向，就可以精确控制步进电机的转向和转速。2并行控制方式用单片机系统的几条数据线去控制步进电机各相驱动线路，因此在驱动器中不包括环形分配器，其环形分配器的功能由单片机系统来完成，程序设计比较复杂。步进电机常用的驱动方式是全电压驱动，即在电机移步与锁步时都加载额定电压。为了防止电机过流及改善驱动特性，需加限流电阻。由于步进电机锁步时，限流电阻要消耗掉大量的功率，故限流电阻要有较大的功率容量，并且开关管也要有较高的负载能力。步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动，即在电机移步时，加额定或超过额定值的电压，以便在较大的电流驱动下，使电机快速移步;而在锁步时，则加低于额定值的电压，只让电机绕组流过锁步所需的电流值。这样，既可以减少限流电阻功率消耗，又可以提高电机的运行速度，但这种驱动方式的电路要复杂一些。结 论本文设计了基于单片机的自动跟踪式太阳能光伏发电系统，该系统能够实现对太阳的跟踪。主要研究内容总结如下：(1) 介绍太阳跟踪的常用方法，各种方法的特点和优缺点。为了收集到尽可能多的太阳能，最好采取跟踪方式，使太阳光收集器的采光面始终对准太阳。常采用的是光电跟踪和视