基于Atmega16的太陽能電池板光源控制系統(tǒng)設計
3.2 步進電機
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/246551.htm設計使用5線四相減速步進電機28BYJ-48,減速比為1:64,步矩角為5.625°/64=0.087 89°,遠小于不帶減速比的步進電機,這是提高跟蹤精度的很好選擇。
對于四相步進電機,其工作方式可分為單4拍、雙4拍、8拍三種工作方式。單4拍與雙4拍的步距角相等,但單4拍的轉(zhuǎn)動力矩小。8拍工作方式的步距角是單4拍與雙4拍的一半,因此,8拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。設計采用8拍工作方式,那么1拍轉(zhuǎn)過的角度為0.087 89°/2=0.043945°,進一步提高了跟蹤精度。
3.3 電源管理電路
為了使系統(tǒng)能夠在室外正常運行,設計采用太陽能電池板和鋰電池合理給系統(tǒng)供電。當太陽能電池板輸出功率不夠時,由鋰電池給系統(tǒng)供電;當鋰電池電壓低于3.5V的時候,太陽能電池板給鋰電池充電;否則由太陽能電池板給系統(tǒng)供電。
測試知,系統(tǒng)正常運行時輸入功率接近2.5W(5V/480mA)??紤]到天氣和季節(jié)因素,一般要求電池板的最大輸出功率要3W以上,故設計采用8片太陽能電池片(0.5V/1.2A)串聯(lián),得到4V/1.2A(最大輸出4.8W)的輸出,經(jīng)DC-DC升壓電路給系統(tǒng)供電。
4.系統(tǒng)軟件設計
軟件流程圖如圖3所示,系統(tǒng)一上電先進行粗調(diào)來確定太陽光源的大概位置。其思想是:將水平面平均分成12個區(qū)域,在每個區(qū)域中對光照強度采樣8次,并累加保存。進入下一個區(qū)域,同樣采樣8次并累加,比較相鄰區(qū)域累加值的大小,并讓電機向累加值大的區(qū)域方向轉(zhuǎn)動,直到找到累加值最大的區(qū)域,這時說明太陽位置在這個區(qū)域范圍內(nèi)。
粗調(diào)完成后,對系統(tǒng)電源進行管理,分別對太陽能電池板電壓和鋰電池電壓采樣,經(jīng)單片機分析,正確的對開關進行操作以合理地為系統(tǒng)配備電能。
微調(diào)思想:先對X方向調(diào)整,完成后,再對Y方向調(diào)整。為得到較平滑的采樣數(shù)據(jù),先使光電管采樣64次,再求和取平均,通過比較對邊光電管的平均值,決定步進機的轉(zhuǎn)動方向。直到X方向和Y方向的兩個光電管采樣值都相等,則調(diào)整完成,此時光源處于電池板中心處。
5.運行測試
測試條件:光源距離激光筆105cm,激光筆安裝在電池板的中心,Y方向上,激光筆在偏離光源±30°范圍內(nèi)。測試結(jié)果如表1所示。
6.結(jié)束語
測試結(jié)果表明,在偏離光源±45°范圍內(nèi),系統(tǒng)均能在9s內(nèi)定位光源,并且偏差不大于4cm.實際應用時,系統(tǒng)實時緊跟太陽,不會出現(xiàn)太陽突然偏轉(zhuǎn)電池板一個較大角度的情況,因此激光筆偏離光源距離是所關心的,而本設計測得的偏離距離不超過4cm,達到設計要求。
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