【《基于STM32的太阳能光伏寻光源自动追光系统硬件和软件设计案例》4400字】

基于STM32的太阳能光伏寻光源自动追光系统硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u29901基于STM32的太阳能光伏寻光源自动追光系统硬件和软件设计案例 118692第1章基于STM32的太阳能光伏寻光源自动追光系统设计方案 279931.1STM32的太阳能光伏寻光源自动追光系统简介 2184891.1.1监测的功能设计方案 276311.1.2太阳能光伏寻光源自动追光系统设计框图 2289241.2太阳能自动光伏自动寻光源自动追光系统功能设计 327287第2章系统硬件系统分析设计 560302.1STM32单片机核心电路设计 5106932.228BYJ-48步进电机ULN2003驱动电路设计 7134382.3按键电路设计 8271772.4光照检测电路设计 9148022.5TFT触摸彩屏1.44寸模块 10251572.6太阳能发电路设计 1298132.7TP4056锂电池充电模块电路设计 13222362.8USB-5V升压模块电路设计 1428755第3章软件实现设计 16325701.1编程语言选择 1627476在设计过程中，考虑到设计要求的实现及自身编码能力，我决定使用C语言进行编程。使用C语言具有如下优点: 167304(1)没有必要去详细学习处理器的指令集以及存储器结构。 1610388(2)c语言具有较高的功能、结构、可读性、移植特点和维护等优势,易学、简便。 1625828(3)要求执行的可变化的选择组合，拔高了程序的可读性。 164167（4）C语言中的关键字和操作函数与人类的逻辑思维更贴近。 1610264(4)程序开发调试时间短。 168681(5)文件库很大，里面有超级多标准例程可以让我们参考。 168003.2Keil程序开发环境 16317863.3FlyMcu程序烧录软件 17248103.4CH340串口程序烧写模块介绍 18第1章基于STM32的太阳能光伏寻光源自动追光系统设计方案1.1STM32的太阳能光伏寻光源自动追光系统简介1.1.1监测的功能设计方案太阳能光伏寻光源自动追光系统设计我主要想放置在西藏,青海等地,在原本的太阳能板上加一些步进电机,单片机,光敏传感器等,它的主要功能是完成所在地太阳光照情况的进行实时监测,并且根据监测情况通过步进电机改变太阳能板的角度,它不仅能够实时自主监测四个方向太阳能的变化,而且还会根据检测到的数据做出位置上的变化,做到能量的高效利用。为了实现上面所说的内容,我们需要用到光敏传感器,主控电路单片机,数据显示模块1.44寸TFT彩屏显示,步进电机等硬件。1.1.2太阳能光伏寻光源自动追光系统设计框图本系统由STM32F103C8T6单片机核心板、1.44寸TFT彩屏、太阳能板、稳压电路、锂电池充电保护TP4056、升压稳压模块、光敏采集电路、步进电机及ULN2003驱动电路、按键电路组成。该系统分两块板子，主控板和光敏采集板，通过连接线连接。主控板主要进行电源管理、彩屏显示、按键控制、ULN2003步进电机驱动。光敏采集板主要放置光敏传感器，模拟太阳能板的运作。图1.1系统设计框图1.2太阳能自动光伏自动寻光源自动追光系统功能设计【1】太阳能板通过采集光能转化为电能,经过稳压电路稳压后,将电能传递到锂电池当中以保护TP4056模块，再给锂电池进行充电。锂电池将电能电压稳压到确定值后给系统供电，中间有电源开关。系统上电后,默许"自动模式",可以通过按键切换为"手动模式"。【2】无论自动、手动模式,1.44寸TFT彩屏实时显示光敏电阻采集的数据范围是0-1000。光敏电阻分为上、下、左、右四个方位。2路步进电机驱动电路,步进电机焊接在一块形成2个自由度的转动即上下翻滚和左右转动。其中上端的步进电机焊接在光敏采集板上。主控板和光敏采集板,通过连接线连接。【3】"自动模式":自动追寻光照较强的方向。如果上面光照采集高于下面光照,STM32单片机驱动上端电机向上翻转;如果下面光照采集高于上面光照,STM32单片机驱动上端电机向下翻转;如果上下光照采集几乎一致,上端电机不动作。同样的,如果左侧光照采集高于右侧光照,STM32单片机驱动下端电机向左侧转动;如果右侧光照采集高于左侧光照,STM32单片机驱动下端电机向右侧转动;如果左右光照采集几乎一致,下端电机不动作。从而自动实现,上下光照平衡,左右光照平衡,并且朝向光照较强的方向。【4】"手动模式",通过按键,设置进入手动模式,其他四个按键分别控制步进电机:上翻,下翻,左转,右转。按键按一下,步进电机微动一点,持续按下步进电机持续动作。实现手动控制电机运行到某一状态。【5】STM32采集锂电池电压并换算容量大小,显示在彩屏上,如果锂电池的容量低于45%,红色显示提醒。两个步进电机停止动作和转动过程,拉电流区别较大,此时容量会有波动属于正常现象。【6】注意:如果锂电池电量不足,且天气不好无法太阳能充电。【7】如果将控制板封装在一个盒子里,把各个检测模块拖到相应的检测位置,以及显示按键放在合适位置,该设备是一个非常完善的功能产品。

第2章系统硬件系统分析设计2.1STM32单片机核心电路设计选择使用STM32系列处理器,不仅是为了做到功耗最小,设计费用最少,同时还是为了这一次的设计不仅只是能够满足目前必须具备的基础性功能和接口方面的需要。同时,因为我们之前没有系统地学习,当我们已经完成了一门单片机的课程。对于这个系列的单片机上手更加容易,同时该系列单片机在医疗器械领域中应用非常广泛,一方面来说,我可以查找到更多的学习资料,另一方面,这个系列单片机的学习、实验研究价值比较高。STM32单片机接口电路图如下图所示。图2.1STM32单片机核心板接口原理图引脚功能介绍：PA端口：PA.0：Wakeupkey,外部ADPA.1：板载Mic输入，外部音频输入PA.2,

PA.3

：红外USART2_Tx,

Rx

外部USART2

PA.4:光敏电阻光线强弱监测

RTC

电池电压监测外部DA

或AD

PA.5~PA.7:SPI1_SCK,

USB

芯片CH376TCLK,

SO,

SI

CC1101/24L01:CLK,SO,

SI

PA.8:外部Audio

输出

PA.9,

PA10

:USART1_Tx串口,

Rx

PA.11,

PA12:USBDM,

USBDP

PA.13~PA.15:JTAG_MS,

CK,

DI

PB端口：PB.:板载电位器AD

测试外部AD

PB.1:TFT:

TP_CS

液晶屏：触摸屏PB.2:BOOT1

BEEPER

（带开关）

PB.3~PB.4:JTAG_DO接口,

RST复位

PB.5:CC1101片选（CS

）

24L01片选（CSN

）

PB.6~PB.7:

IIC1_SCL,

SDA串口

PB.8~PB.9：

2个LED

状态灯

PB9:

CH376T_INT

PB.10~PB.11:USART3_Tx,

Rx

RS485_Tx

、Rx

PB.12:温度传感器DS18B20

PC

端口：

PC.14~

PC.15：

RTC

晶振PD端口：PD.0~PD.1：

CAN_R,

DBOOT0：物理引脚，控制代码的执行位置。STM32实物图如下。图2.2STM32核心板图2.228BYJ-48步进电机ULN2003驱动电路设计开环控制电机中28BYJ-48步进电机是可以把电脉冲信号转化为角位移或者是线性位置的现代化数字程序控制系统的一个重要执行部分，它可以应用在很多领域当中。为了能够测量角位移的变化及达到精准的定位这一目的，对脉冲的个数进行了控制。这样就能够达到调速的作用。(1)直径:28mm(2)电压:5V(3)步进角度:3.625x1/64(4)减速比:1/64具体驱动电路原理图如下。 图2.3步进电机驱动电路原理图步进电机实物如下。图2.4步进电机实物图2.3按键电路设计作为按键产品部下的分类产品之一的轻触按键，它是电子开关，当把它按下时开关接通，松开时开关断开，而它的原理多数则由通过轻触按下按键内部的金属弹片的受力性弹动。在我的设计之中，系统的输出方式是按键输出，其具有人机交互枢纽的功能。其电路原理图如下图所示。图2.5按键电路原理图2.4光照检测电路设计使用光敏电阻器去检测光照，其特殊的制作材料使得它跟其他的内光电效应的电器元件一样可以有效阻碍电流。光照强度与其电阻值数值上成反比，并且其对于光线变化十分敏感,应用广泛。其原理图如下图所示。图2.6光敏电阻原理2.5TFT触摸彩屏1.44寸模块"真彩"(TFT）即为tft-lcd液晶显示屏采用玻璃或电子显示屏，在tft液晶的像素中有个半导体开关去控制。这一方面对于提高显示屏上的反馈速度具有极大的帮助,另一方面能精准控制显示的颜色,所以说tft液晶色彩要更真实。tft液晶显示屏主要有两个方面,一是亮度高,对比性强,层次感多,颜色新颖,但是还有一些缺陷,就是比较费用,而且造价相当昂贵。本模块是一款常用的TFTLCD模块,采用全新LCD模块,可以长时间使用。一、该模块有如下特点：(1)128×128的分辨率,显示清晰(2)1.44寸彩屏。(3)驱动IC:ST7735。(4)色彩深度:16位(65K色)二、接口定义三、模块实物图如下图所示。图2.7模块实物图2.6太阳能发电路设计将光能转化为太阳能的电池板。相比较一般的电池与可循环充电式锂离子动力电池而言，太阳能动力更加节能。太阳能电池板结构组成钢化玻璃,透光它的选择也是没有规定的。1.透光度必须很好;2.钢化工程中的超白钢。（2）铝合金防水保护层加压件,具有一定的密闭性和支持作用。实物图如下。图2.8太阳能电池板实物图其电路接口原理图如下图所示。图2.9太阳能电池板发电接口原理图2.7TP4056锂电池充电模块电路设计TP4056是全新设计的单节锂离子电池，它之所以成为我们的首选是因为它具有电流/电压恒定，便于封装，便于携带等特点。除此之外它的其它性能为:电池温度测量、压力低于要求值时关闭、自我进行充电及两个led状态表指令的启动、终止。一、TP4056芯片特点(1)电流可以达到1000MA，同时在充电的时候可以进行编程工作。

(2)没有必要安排像MOSFET、检测电阻器，隔离二极管等电器元件。(3)采用了单独分开的锂离子电池(4)恒定电流/恒定电压操作,并具有可在无过热(5)比较着急的时候可以调整电流的热功率二、TP4056芯片功能(1)测量准确度为1%，可以得到2.2V的预期效果。(2)可以使用这个来监测充电过程中电流监控器的信息展示(3)自动再充电(4)C/10充电终止(5)为了可以实时监测锂电池温度，提前留下了TEMP排针接口。图2.10TP4056锂电池充电模块接口原理图TP4056锂电池充电模块实物图如下图所示图2.11TP4056锂电池充电模块实物图2.8USB-5V升压模块电路设计升压模块为DC-DC，模块芯片为4X-NXH,也就是HX3001,是一款高效输出、恒定频率、PWM控制的同步高效Dc-Dc升压转换器,器件丝印为4X-NXH,贴片sot23-6脚封装,电路图如下。该器件特点是0.9V低压启动,转换效率最高达94%,中等功率运用,可提供600mA、5V/3●3V输出,常应用于便携播放器等设备中做高效升压。可实现1.7V到5V的电压转换。一、模块参数(1)工业级温度范围:-40℃-+85℃。(2)转换效率高,最高达96%。(3)带USB母座,用途广泛。(4)便于携带图2.12模块5V跳线取线图图2.13USB-5V升压模块接口原理图USB-5V升压模块实物图如下图所示。图2.14USB-5V升压模块实物图

第3章软件实现设计3.1编程语言选择在设计过程中，考虑到设计要求的实现及自身编码能力，我决定使用C语言进行编程。使用C语言具有如下优点:没有必要去详细学习处理器的指令集以及存储器结构。c语言具有较高的功能、结构、可读性、移植特点和维护等优势,易学、简便。要求执行的可变化的选择组合，拔高了程序的可读性。（4）C语言中的关键字和操作函数与人类的逻辑思维更贴近。程序开发调试时间短。文件库很大，里面有超级多标准例程可以让我们参考。3.2Keil程序开发环境单片机开发环境是Keil，Keil是51系列单片机兼容C语言的软件开发系统。Keil有以下特点：Keil多种操作系统当中使用应用大量的库函数，功能强大。（3）能够完成从编辑、编译、到连接、调试的一系列的开发过程。Keil软件如下图所示。图3.1Keil开发界面图3.3FlyMcu程序烧录软件Flymcu是单片机烧录软件。大多数人在使用STM32的时候会选择使用该软件。其主要应用在电路编程和应用编程当中。在这个软件里面，我们可以进行编程，也可以去检验，又可以查阅一些器件的资料。图3.2烧录软件下载界面3.4CH340串口程序烧写模块介绍单片机编程内容烧写到相应模块使用了CH340串口。该串口在烧写程序过程中可以使用