太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統的設計

硬件電路設計

1　跟蹤系統驅動(dòng)器接口電路

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

2　步進(jìn)電機驅動(dòng)電路

步進(jìn)電動(dòng)機是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制，并將電脈沖信號轉換成相應角位移的執行器。在跟蹤系統中，以74HC240的16個(gè)輸出信號作為步進(jìn)電機驅動(dòng)器的輸入控制信號，用以控制步進(jìn)電機俯仰方向和水平方位的正反轉。圖4所示的是步進(jìn)電機一路驅動(dòng)電路圖，系統共有四路驅動(dòng)電路，分別驅動(dòng)步進(jìn)電機俯仰方向和水平方位的正反轉。

其中，水平方位電機由D7，D6，D5，D4驅動(dòng)；俯仰方向電機由D3，D2，D1，D0驅動(dòng)。跟蹤裝置中步進(jìn)電機選用42BYG250C型，步矩角1．8°。水平俯仰方向步進(jìn)電機運行的最大角度是360°，共需運行20000步。減速器的傳動(dòng)比為1：100，即電機轉動(dòng)100°時(shí)水平轉臺相應轉動(dòng)1°。以步進(jìn)電機1．8°的步距角計算，當鏡面裝置的水平轉臺轉動(dòng)1°時(shí)，步進(jìn)電機發(fā)出100／1．8個(gè)脈沖，由此可以計算平面鏡法向量的方位角為a時(shí)步進(jìn)電機發(fā)出的脈沖數為100α／1．8個(gè)。步進(jìn)電機動(dòng)作頻率可手動(dòng)設置，默認情況下，步進(jìn)電機每隔15s動(dòng)作一次。

3　限位信號采集電路

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

限位電路中利用雙三態(tài)門(mén)來(lái)控制步進(jìn)電機的脈沖通路。工作原理是：在到達限位位置之前，光耦導通，電壓比較器LM393的反向輸入端有信號，允許步進(jìn)電機控制脈沖從此通過(guò)。當限位桿到達限位位置時(shí)，擋住了光耦的光通路，使LM393的反向輸入端無(wú)信號，步進(jìn)電機就停止。

軟件設計

太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統的軟件分為兩部分，一是步進(jìn)電機控制部分，主要由單片機完成。單片機的軟件設計采用模塊化設計