太陽能自動跟蹤系統的設計

硬件電路設計

1　跟蹤系統驅動器接口電路

跟蹤系統中微處理器選用89系列性價比高和功耗低的89C52。74HC14芯片是6非門施密特觸發器，與P1．1和P1．2口相連，控制方位限位信號。74HC240芯片，八反相三態緩沖器／線驅動器，用于數據緩沖及總線驅動。系統使用兩片74HC240芯片，通過P0口引腳控制，兩片74HC240的16個輸出引腳作為步進電機驅動電路的輸入控制信號，分別控制步進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口控制其收發狀態。驅動器接口電路如圖3所示。

2　步進電機驅動電路

步進電動機是一種用電脈沖信號進行控制，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個輸出信號作為步進電機驅動器的輸入控制信號，用以控制步進電機俯仰方向和水平方位的正反轉。圖4所示的是步進電機一路驅動電路圖，系統共有四路驅動電路，分別驅動步進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；俯仰方向電機由D3，D2，D1，D0驅動。跟蹤裝置中步進電機選用42BYG250C型，步矩角1．8°。水平俯仰方向步進電機運行的最大角度是360°，共需運行20000步。減速器的傳動比為1：100，即電機轉動100°時水平轉臺相應轉動1°。以步進電機1．8°的步距角計算，當鏡面裝置的水平轉臺轉動1°時，步進電機發出100／1．8個脈沖，由此可以計算平面鏡法向量的方位角為a時步進電機發出的脈沖數為100α／1．8個。步進電機動作頻率可手動設置，默認情況下，步進電機每隔15s動作一次。

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門來控制步進電機的脈沖通路。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，允許步進電機控制脈沖從此通過。當限位桿到達限位位置時，擋住了光耦的光通路，使LM393的反向輸入端無信號，步進電機就停止。

軟件設計

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