太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)

1　跟蹤系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器接口電路

跟蹤系統(tǒng)中微處理器選用89系列性價(jià)比高和功耗低的89C52。74HC14芯片是6非門施密特觸發(fā)器，與P1．1和P1．2口相連，控制方位限位信號(hào)。74HC240芯片，八反相三態(tài)緩沖器／線驅(qū)動(dòng)器，用于數(shù)據(jù)緩沖及總線驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)使用兩片74HC240芯片，通過P0口引腳控制，兩片74HC240的16個(gè)輸出引腳作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入控制信號(hào)，分別控制步進(jìn)電機(jī)俯仰方向和水平方位的正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)與上位機(jī)的通信選用MAX485接口芯片，由P1．0口控制其收發(fā)狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)器接口電路如圖3所示。

2　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的執(zhí)行器。在跟蹤系統(tǒng)中，以74HC240的16個(gè)輸出信號(hào)作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入控制信號(hào)，用以控制步進(jìn)電機(jī)俯仰方向和水平方位的正反轉(zhuǎn)。圖4所示的是步進(jìn)電機(jī)一路驅(qū)動(dòng)電路圖，系統(tǒng)共有四路驅(qū)動(dòng)電路，分別驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)俯仰方向和水平方位的正反轉(zhuǎn)。

其中，水平方位電機(jī)由D7，D6，D5，D4驅(qū)動(dòng)；俯仰方向電機(jī)由D3，D2，D1，D0驅(qū)動(dòng)。跟蹤裝置中步進(jìn)電機(jī)選用42BYG250C型，步矩角1．8°。水平俯仰方向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的最大角度是360°，共需運(yùn)行20000步。減速器的傳動(dòng)比為1：100，即電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)100°時(shí)水平轉(zhuǎn)臺(tái)相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)1°。以步進(jìn)電機(jī)1．8°的步距角計(jì)算，當(dāng)鏡面裝置的水平轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)1°時(shí)，步進(jìn)電機(jī)發(fā)出100／1．8個(gè)脈沖，由此可以計(jì)算平面鏡法向量的方位角為a時(shí)步進(jìn)電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)為100α／1．8個(gè)。步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作頻率可手動(dòng)設(shè)置，默認(rèn)情況下，步進(jìn)電機(jī)每隔15s動(dòng)作一次。

3　限位信號(hào)采集電路

采用光電耦合器與電壓比較器電路組成的微機(jī)步進(jìn)電機(jī)限位電路，其電路圖如圖5所示。

限位電路中利用雙三態(tài)門來控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖通路。工作原理是：在到達(dá)限位位置之前，光耦導(dǎo)通，電壓比較器LM393的反向輸入端有信號(hào)，允許步進(jìn)電機(jī)控制脈沖從此通過。當(dāng)限位桿到達(dá)限位位置時(shí)，擋住了光耦的光通路，使LM393的反向輸入端無信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就停止。

軟件設(shè)計(jì)

太陽自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的軟件分為兩部分，一是步進(jìn)電機(jī)控制部分，主要由單片機(jī)完成。單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)