基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文-免費(fèi)閱讀

　　

【正文】 Write_Ds1302(0X84,6)。 l_tmpdate[i]=l_tmpdate[i]%10。i++) //分 7次讀取 年月日時(shí)分秒星期 { 29 l_tmpdate[i]=Read_Ds1302((read_rtc_address[i]))。 Delayus(5)。=0XBF。 28 RST_L。 SCL_L。 for (j=0。 for (j=0。 for (j=0。 for (j=0。 //采用單次轉(zhuǎn)換，查詢(xún)模式， 2 分頻 ADCSR|=BIT(ADSC)。 22 參 考 文 獻(xiàn) 郭天祥 .新概念 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程 [M].北京 ： 電子工業(yè)出版社 ， 2020： 32– 40. 王衛(wèi)星 .單片機(jī)原理與應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù) [M].北京 ： 中國(guó)水利水電出版社 ， 2020： 4– 14. 楊金煥，于化叢，葛亮 .太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù) [M]. 北京 ： 電子工業(yè)出版社 ， 2020：55– 184. 楊園靜，李雷，楊貴良，等 .中國(guó)能源 [J].文山學(xué)院學(xué)報(bào) ， 2020， 25（ 3）： 92– 96. 鄭小年，黃巧燕 .太陽(yáng)能跟蹤方法及應(yīng)用 [J].能源技術(shù) ， 2020， 24（ 4）： 145– 151. 23 附 錄 附錄 A 系統(tǒng)電路圖 24 附錄 B 程序代碼 /******************************************* 函數(shù)名稱(chēng) : Mega16_ad 功 能 : 對(duì)指定的通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 參 數(shù) : chl指定的通道（本開(kāi)發(fā)板只用了通道 0） 返回值 : addata10 位數(shù)據(jù)輸出 /********************************************/ uint Mega16_ad(uchar chl) { uint addata。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)：基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤裝置 太陽(yáng)能電池板（輸出電壓 5V 輸出 21 電流 240MA） 鋰電池（電池容量 1100MA）。后來(lái)，我又對(duì) DS1302 的硬件電路進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題。這個(gè)時(shí)候，我才查看了單片機(jī)中使用 A/D 轉(zhuǎn) 換的一些要求。首先，對(duì) AD轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)試，編寫(xiě)相應(yīng)的代碼，讓開(kāi)發(fā)板上的數(shù)碼管顯示光敏電阻光電轉(zhuǎn)換后的電壓值，對(duì)光敏電阻進(jìn)行光線的阻擋，看看對(duì)應(yīng)的顯示值是否發(fā)生變化，以此判斷 AD 轉(zhuǎn)換的程序是否正確。首先，對(duì)電路進(jìn)行檢查，檢查電路的連線是否正確，用萬(wàn)用電表檢查有沒(méi)有短路的情況，檢查是否有虛焊的現(xiàn)象。 本設(shè)計(jì)中， CE 引腳與單片機(jī) PD5 腳相連， SCLK 引腳與單片機(jī) PD4 腳相連， I/O 引腳與單片機(jī) PD5 腳相連。通過(guò)設(shè)置 ADCSRA 寄存器的 ADEN 即可啟動(dòng) ADC。 首先，讀取 4 個(gè)光敏電阻的電壓值，即 U U U3和 U4。 首先，對(duì)單片機(jī)的端口進(jìn)行初始化，將相關(guān)引腳設(shè)置為相應(yīng)的輸出或者輸入，初始化相關(guān)的芯片。 LM7805 引腳圖如圖 15 所示。 U6 為 CN3063 芯片， D3為紅色的 LED， D3亮表示正在充電， D4 為綠色的 LED， D4 亮表示充電完成。 CN3063 只需要極少的外圍元器件，并且符合 USB總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。ULN2020 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá) 500mA,并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。 VCC21X12X23GND4CE5I/O6SCLK7VCC18U4DS1302VCCGNDY232768HZPD4PD6PD527pFC1027pFC1110KR1310KR14VCC10KR12Res2 圖 9 時(shí)鐘電路圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī)的介紹 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移或直接位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與 31 天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。如果使用 200x 增益，可得到 7 位分辨率。這樣可以在ADC工作的時(shí)候停止 CPU和 I/O時(shí)鐘以降低數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲，從 而提高 ADC轉(zhuǎn)換精度（ 王衛(wèi)星， 2020）。光敏電阻其內(nèi)部電阻隨光照射而變化，光度越強(qiáng)阻值越小，輸出電流越大。管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個(gè) 歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。 ATmega16 單片機(jī) 內(nèi)帶 標(biāo)準(zhǔn)參考電壓，也可以從外面輸入?yún)⒖茧妷海热缭谕饷媸褂?TL431 基準(zhǔn)電壓源。當(dāng) AVR 在工作時(shí)，按下 S1 開(kāi)關(guān)時(shí)，復(fù)位引腳變成低電平，觸發(fā) AVR 芯片復(fù)位。在 5V 工作電壓下，輸出高點(diǎn)平時(shí)，每個(gè)引腳可輸出達(dá) 20mA 的驅(qū)動(dòng)電流；而輸出低電平時(shí)，每個(gè)引腳可吸收最大為 40mA 的電流，可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（一般的發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流為 10mA）和小型繼電器等小功率器件。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾（郭天祥， 2020）。 圖 1 系統(tǒng) 總體框圖 光電檢測(cè)跟蹤太陽(yáng) 原理 太陽(yáng)的位置會(huì)因?yàn)橛^測(cè)位置和觀測(cè)時(shí)間的不同而發(fā)生改變，光電檢測(cè)是本系統(tǒng)中的重要部分，下面介紹光電檢測(cè)跟蹤太陽(yáng)的原理。 （ 4） 設(shè)計(jì)控制方案，對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。但這類(lèi)跟蹤方式存在一個(gè)缺點(diǎn) ,就是不能保持電池陣列平面與太陽(yáng)光線始終垂直，經(jīng)常有光線和電池板有一定角度，這樣一定程度上降低了光電轉(zhuǎn)換效率，造成了能源的流失，影響了整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電效率。 目前太陽(yáng)跟蹤的方法主要有兩種。太陽(yáng)能是綠色無(wú)污染能源，能減少對(duì)環(huán)境的污染，符合人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的要求。中國(guó)煤炭比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，占世界煤炭消費(fèi)總量的 %。 本 系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，光電傳感器將采集到的光線強(qiáng)弱信息傳送到單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)分析處理后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在兩個(gè)自由度上對(duì) 太陽(yáng)能電池板的角度進(jìn)行調(diào)整， 達(dá)到太陽(yáng)光雙軸跟蹤的效果，同時(shí)對(duì)充電進(jìn)行控制。但是，目前太陽(yáng)能的利用率較低，制約了其發(fā)展。 中國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值持續(xù)幾年高速的增長(zhǎng)受到世人矚目，同時(shí)受到關(guān)注的還有中國(guó)能源消耗的迅速增長(zhǎng)。太陽(yáng)能作為一種可再生能源，可以說(shuō)取之不盡，用之不竭，在新能源利用發(fā)展中具有很多優(yōu)勢(shì)。雖然，太陽(yáng)能有很多優(yōu)點(diǎn)，但也存在太陽(yáng)光的密度低、空間分布不斷變化、輻照時(shí)間間歇性等缺點(diǎn)，因此收集和利用的難度較大、成本較高。 目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的跟蹤裝置的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種。設(shè)計(jì)的主要工作包括 : （ 1） 分析跟蹤原理，選擇合適的光電傳感電路。采用太陽(yáng)能充電管理專(zhuān)用充電芯片 CN3063 對(duì)鋰電池充電。其中光敏電阻 1 和光敏電阻 2 對(duì)水 平方向光線進(jìn)行檢測(cè)，單片機(jī)通過(guò)計(jì)算光敏電阻 1 和光敏電阻 2 的電壓差值，判斷光強(qiáng)度較強(qiáng)的方向，控制水平步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光的水平跟蹤。 工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換 器、 SRAM、 T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶(hù)保持一個(gè) 5 時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和終止除了異步定時(shí)器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 ATmega16 單片機(jī) 已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)，并且 在熔絲位里，可以控制復(fù)位時(shí)的額外時(shí)間，故 AVR外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單：直接拉一只 10K 的電阻到 VCC 即可 (R1)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果不需要太高精度的頻率，可以使用內(nèi)部 RC 振蕩，這部分不需要任何的外圍零件。 ISP 下載接口不需要任何的外圍零件。光敏電阻的響應(yīng)時(shí)間一般為 2到 50ms。 光敏電阻的類(lèi)型按半導(dǎo)體材料分為本征型光敏電阻和摻雜型光敏電阻。當(dāng)平板沒(méi)有對(duì)正太陽(yáng)時(shí)對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)光敏電阻的光照強(qiáng)度就會(huì)不一樣，則流過(guò)電阻的電流就會(huì)不相同，這樣獲取的電壓值也不相同。兩路差分輸入 (ADC ADC0 與 ADC ADC2)有可編程增益級(jí)，在 A/D 轉(zhuǎn)換前給差分輸入電壓提供 0dB(1x)、 20dB(10x) 或 46dB(200x)的放大級(jí)。標(biāo)稱(chēng)值為 的基準(zhǔn)電壓，以及 AVCC，都位于器件之內(nèi)。 圖 8 DS1302的引腳分布圖 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路原理圖如圖 8 所示 ， DS1302 與單片機(jī)的連接需要 3 條線： CE 引腳、 SCLK串行時(shí)鐘引腳、 I/O 串行數(shù)據(jù)引腳。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家 80 年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上有很多性能優(yōu)良的電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2020 12 用于步進(jìn)電機(jī)的 驅(qū)動(dòng)控制。 VCCPB0PB1PB2PB3IN55IN77IN66OT512OT611OT710OT413COM9IN11IN44OT215IN33OT314IN22OT116GND8U3ULN202012345J2步進(jìn)電機(jī)VCCGND 圖 12 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 13 鋰電池充電電路 太陽(yáng)能充電管理專(zhuān)用充電芯片 CN3063 簡(jiǎn)介 CN3063 是可以用 太陽(yáng)能電池 供電的單節(jié) 鋰電池 充電管理芯片。其它 功能包括輸入電壓過(guò)低鎖存，自動(dòng)再充電，電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài) /充電結(jié)束狀態(tài)指示等功能。每種類(lèi)型由于內(nèi)部電流的限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)得保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。 U2 為 7805 芯片， J1 為排陣連接輸入電壓，根據(jù)要求輸入電壓應(yīng)大于 7V，本設(shè)計(jì)取 12V。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程基本如上所述，實(shí)現(xiàn)了在陰雨天氣和黑夜不對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤，和在陽(yáng)光充足的情況下每隔 20 分鐘對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行一次跟蹤。 圖 18 太陽(yáng)跟蹤算法流程圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的 A/D 轉(zhuǎn)換采用 ATmega16 的內(nèi)部的一個(gè) 10 位的逐次逼近型 ADC。接著寫(xiě) ADC 控制和狀態(tài)寄存器ADCSRA，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。對(duì)于數(shù)據(jù)輸出，開(kāi)始的 8個(gè) SCLK 周期，輸入讀命令字節(jié)，數(shù)據(jù)字節(jié)在后 8個(gè) SCLK 周期的下降沿輸出。 軟件調(diào)試 由于對(duì) ATmega16 單片機(jī)的使用不是很熟悉，所以一開(kāi)始部分程序的調(diào)試都在開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行驗(yàn)證。在電路的設(shè)計(jì)和程序的編寫(xiě)當(dāng)中，遇到困難是理所當(dāng)然的，最重要的是要想辦法解決問(wèn)題。后來(lái)，我對(duì)程序的一個(gè)判斷語(yǔ)句進(jìn)行了改動(dòng)，問(wèn)題就解決了。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1 所示。 當(dāng)然，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也存在很多的不足之處，比如程序算法的設(shè)計(jì)不太完善，跟蹤的精度不夠高等，還有一些未發(fā)現(xiàn)的瑕疵之處，都需要在調(diào)試和實(shí)踐之后進(jìn)行許多的改進(jìn)。 ADMUX=0XC0。 //讀取高 2位數(shù)據(jù) return addata。 //取數(shù)據(jù) Delayms(30)。 //取數(shù)據(jù) Delayms(30)。 //取數(shù)據(jù) Delayms(30)。 //取數(shù)據(jù) Delayms(30)。 //發(fā)送地址