【《太阳能电池板自动跟踪系统的硬件和软件设计案例》2100字】

太阳能电池板自动跟踪系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u13710太阳能电池板自动跟踪系统的硬件和软件设计案例 1160041系统硬件设计 1133981.1单片机控制系统 1208491.2光电转换模块电路设计 3113531.3AD转换模块电路设计 4151461.4电机驱动模块电路设计 5198521.5单片机外围电路设计 5167892系统软件设计 6278742.1按键模块设计 7312192.2指示灯模块设计 9302752.3AD转换模块设计 9259762.4驱动模块设计 10162212.5AD模块电阻采样模块设计 101系统硬件设计1.1单片机控制系统本次设计采用STC89C52单片机进行设计实验。如图1.1所示，为STC89C52芯片引脚图。图1.1STC89C52芯片引脚图STC89C52中P1、P2、P3、P0口可以直接连接外部端口，晶振的端口是18和19引脚，以及RST电路复位端口、PSEN程序存储端口、ALE端口、EA端口四个编程控制端口。其中P3口具有第二功能，如表1.2所示。I/O引脚名称第二功能引脚名称第二功能P1.0RXD串行通信接收P1.1TXD串行通信发送P1.2INT0外部中断0P1.3INT1外部中断1P1.4T0定时/计数器0P1.5T1定时/计数器1P1.6WR外部写选通信号P1.7WD外部读选通信号表1.2P3口第二功能表如图1.3所示，为单片机控制系统。复位电路输入/输出，输入数字信号，输出整个电路的稳定频率单片机复位电路输入/输出，输入数字信号，输出整个电路的稳定频率单片机时钟电路电源图1.3单片机控制系统（1）如图1.4所示，为电源输入原理图，电源采用5v电压进行供电。图1.4电源输入原理图（2）如图1.5所示，为时钟电路原理图。时钟电路是设计的核心部位，能够给单片机提供稳定的时钟震荡。时钟电路单片机引脚接口是18和19引脚。图1.5时钟电路原理图（3）如图1.6所示，为复位电路原理图。复位电路中按下复位按键时，对应复位端口将由低电平转换成高电平，使得整个电路复位一次，启动复位之后就会从最初的位置开始运行。图1.6复位电路原理图1.2光电转换模块电路设计如图1.7所示为太阳能电池板光敏电阻分布。光敏电阻通过光电转换模块将光信号转换成电信号，依据据采集的电信号类判断太阳能电池板的转向，使得太阳能电池板转到合适的位置，保持太阳能电池板始终与太阳光垂直的状态，达到太阳能最大利用程度。本次设计采用四个方位对光照进行检测，可以将其分为A、B、C、D四个方位，当任意一个方位的光照强的时候，太阳能电池板会通过电机来调整控制其转向。光电转换电路图如图1.8所示。图1.7光敏电阻分布图图1.8光电转换电路1.3AD转换模块电路设计1.AD模块组成AD转换模块包括电压信号输入，AD转换和AD电压采样，信号输出。2.AD转换电路原理设计利用AD转换模块，实现电信号转换成数字信号，然后经过单片机系统处理。AD转换后，可以是8、10、12位信号。本次设计中采用的是8位的PCF8591模块，其具有I2C总线接口电路和8位AD和DA转换功能，在和单片机连接时，可实现时钟SCL和数据线SDA转换。图1.9所示为AD转换模块电路图。图1.9AD转换模块电路图1.4电机驱动模块电路设计步进电机通过将脉冲信号转化成角位移来控制执行机构。本次设计选用28BYJ48步进电机，当对电机加入一连串控制脉冲时，就会不间断发出脉冲信号，驱动电机，通过调节脉冲信号控制电机转速。图1.10所示，为电机驱动模块电路原理图。输入接上拉电阻，引脚输入低电平，ULN2003输出高电平，太阳能电池板正反转与输入电平有关。图1.10电机驱动模块电路原理图1.5单片机外围电路设计（1）按键电路如图1.11所示，为按键部分的电路图，按键部分有手动和自动模式切换，按键电路默认自动模式，上、下、左、右通过手动模式进行，太阳能电池板利用手动按键来控制步进电机的正反转。图1.11按键模块电路（2）指示灯电路如图1.12所示，为指示灯部分的电路图。指示灯电路默认为自动模式，接通电源后LED2灯发光，切换手动模式时，LED2灯发光。图1.12指示灯模块电路2系统软件设计本次设计在Keil4软件上进行编程，编程时，需要将编写的代码编译生成hex文件，并将生成的hex文件下载到单片机中才能实现系统设计功能。本次设计采用52类单片机实现设计所需功能，52类单片机是控制整个设计系统的核心单元，硬件部分由单片机硬件组成，软件部分使用程序进行编写控制。其跟踪目的就是通过光敏电阻的阻值来控制电机转动，从而达到太阳能电池板跟踪的效果。软件设计流程图如图2.1所示，图中U1、U2、U3、U4分别为四个光敏电阻的电压值。开始开始初始化U1、U2、U3、U4电机水平右转U3、U4U1<U2电机水平上转U3、U4U1>U2电机水平左转电机水平下转图2.1软件流程图2.1按键模块设计按键模块流程图如图2.2所示，按键电路默认自动模式。开始开始初始化按键按下？延时20ms按键按下？按键释放？执行相应代码是是是否否否图2.2按键模块流程图2.2指示灯模块设计按键模块流程图如图2.3所示，自动模式下，LED1输出高电平，LED2输出低电平。开始开始初始化自动—手动按键按下LED1不亮，LED2亮切换工作方式LED1亮，LED2熄灭关闭电源切换工作方式图2.3指示灯模块流程图2.3AD转换模块设计数模转换是本模块关键部分，光电转换的电压值输入到AD转换模块后，经过PCF8951芯片电压采样，输出数字信号，再把信息传送给单片机。如图2.2所示，为AD转换模块流程图。模拟多路输入，输入各光敏电阻电压值模拟多路输入，输入各光敏电阻电压值电压采样保持电压比较器电压逐次比较寄存器DAC数模转换数字信号采样保持驱动输出数字信号图2.2AD转换模块流程图2.4驱动模块设计该部分由A、B、C、D四个光敏电阻进行显示。光照时，光敏电阻产生电压变化，当光敏电阻C的电压高于光敏电阻D的电压，或进入手动模式时，电机水平反转。当光敏电阻C的电压低于光敏电阻D的电压，或者手进入手动模式时，电机则水平正传。同理，当光敏电阻A的电压高于光敏电阻B的电压，或者进入手动模式时，电机水平右转。当光敏电阻A的电压低于光敏电阻B的电压，或者进入手动模式时，电机水平左转。2.5AD模块电阻采样模块设计将光敏电阻转换电路采集的电阻值通过AD转换，再通过单片机进行对比实现数据的转换。