智能追光鋰電充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（7）追光控制

方案一：采用雙舵機(jī)，搭建舵機(jī)云臺(tái)。此方法可以全方位的追光，但是在實(shí)際使用中，舵機(jī)存在“搶電”的現(xiàn)象，會(huì)給供電電壓帶來較大的波動(dòng)，甚至?xí)a(chǎn)生較強(qiáng)的抖動(dòng)，不利于控制，也不利于電能的收集。

方案二：只采用一個(gè)舵機(jī)，并結(jié)合機(jī)械追光。經(jīng)查閱資料，當(dāng)太陽(yáng)能電池板與地平面的角度和當(dāng)?shù)氐木S度相同時(shí)，光能利用率最大。本方案中利用的機(jī)械部件，可人為的調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板與地平面的角度，再通過控制伺服舵機(jī)實(shí)現(xiàn)追光。

通過比較，我們選用方案二。方案二更節(jié)約電能，同時(shí)，在太陽(yáng)能電池板的不同位置放置三個(gè)光敏電阻，利用光敏電阻對(duì)環(huán)境亮暗的敏感性設(shè)計(jì)尋找光源傳感器，即光敏電阻和已知電阻的分壓電路，采集光敏電阻端和已知電阻端電壓，通過模擬量的電壓分析，即可模糊地判斷光線的強(qiáng)弱。與另兩路尋光傳感器電路中得到的電壓值相比較，即可判斷出光源的位置。利用單舵機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)把光源位置方向鎖在正中間光敏電阻所對(duì)的方向。

圖17光敏電阻檢測(cè)

由于光敏電阻對(duì)環(huán)境的敏感性，導(dǎo)致環(huán)境中的散光造成的同一規(guī)格的光敏電阻在相同照度下電阻值不同。為此，在每個(gè)光敏電阻前加黑色筒狀遮體，使光敏電阻的基準(zhǔn)電阻值基本相同，為檢測(cè)光源時(shí)三者電阻值的比較有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高光源檢測(cè)的精確度。

采集的電壓值為模擬量，提高了光源檢測(cè)的空間精度，模擬量亦可以作比較，賦相應(yīng)的比例系數(shù)、微分系數(shù)代入舵機(jī)控制軟件模塊。光敏電阻檢測(cè)光源電路圖如圖17所示。

在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)外界干擾信號(hào)，供電電源的電壓不足等情況時(shí)，會(huì)造成舵機(jī)抖動(dòng)，所以我們采用獨(dú)立的單片機(jī)和獨(dú)立的電源完成追

光，避免了信號(hào)干擾和電壓不足產(chǎn)生的抖動(dòng)，同時(shí)，也避免了因舵機(jī)“搶電”造成的其他模塊電壓不穩(wěn)定的問題。

獨(dú)立電源來自鋰電池，通過PT1301 IC芯片升壓后供舵機(jī)使用，并且添加負(fù)載指示燈（藍(lán)色）和鋰電池電壓過低報(bào)警指示燈（黃色）。詳細(xì)資料請(qǐng)參見附錄二。

其中，主要程序如下：

#define steer_center 60

#define right_limit 100

#define left_limit 20

#define KP 10 //比例系數(shù)

sbit pwm=P3^7;

uchar rg1,rg2,rg3;

uchar last_pwm_value_init; //上一次舵機(jī)輸出值初始化

uchar control_pwm; //舵機(jī)PWM輸出值

uchar last_control_pwm; //上一次舵機(jī)PWM輸出值

void get_analog() //采集三路光敏電阻采光系統(tǒng)中的電壓值

{

rg1=GetADCResult(0);

rg2=GetADCResult(1);

rg3=GetADCResult(2);

}

uchar analog_analyse()

{

get_analog();

if(last_pwm_value_init==0)

{

last_control_pwm=steer_center;

last_pwm_value_init=1; //初始化完成

}

if(rg2-rg1>0rg3>=rg2)

control_pwm=last_control_pwm-(rg2-rg1)*KP/80;

else if(rg2-rg3>0rg1>=rg2)

control_pwm=last_control_pwm+(rg2-rg3)*KP/80;

else if(rg1-rg2>0rg3-rg2>0)

{

if(rg280)

{

control_pwm=last_control_pwm;

}

//else //control_pwm=last_control_pwm+(rg1-rg2)*8/80-(rg3-rg2)*8/80; //也進(jìn)行角度調(diào)節(jié)

}

else

control_pwm=steer_center;

if(control_pwm=left_limit)

control_pwm=left_limit;

else if(control_pwm>=right_limit)

control_pwm=right_limit;

last_control_pwm=control_pwm; //保存上一次舵機(jī)輸出值

return control_pwm;}

void main()

{

uchar PWM;

InitADC(); //AD初始化

Init_PCA(); //PCA擴(kuò)展定時(shí)器初始化

while(1)

{

PWM=analog_analyse();

jd=PWM;

Delay(12);

}

}

void PCA_ISR()interrupt 7

{

CCF1=0;

CCAP1L=value;

CCAP1H=value>>8;

value+=25;

if(cnt = jd) //判斷0.025ms次數(shù)是否小于角度標(biāo)識(shí)jd=20-100

pwm=1; //小于，PWM輸出高電平

else

pwm=0; //大于則輸出低電平

if (cnt>=800)

cnt=0;

else

cnt++; //0.025ms次數(shù)加1 ,次數(shù)始終保持為800 即保持周期為20ms

}

（8）主控單元

方案一：采用AVR 單片機(jī) ，AVR單片機(jī)的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實(shí)情況。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有大電流(灌電流)10～40 mA,可直接驅(qū)動(dòng)可控硅SCR或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件。

AVR單片機(jī)內(nèi)帶模擬比較器，I/O口可用作A/D轉(zhuǎn)換，可組成廉價(jià)的A/D轉(zhuǎn)換器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。

部分AVR單片機(jī)可組成零外設(shè)元件單片機(jī)系統(tǒng)，使該類單片機(jī)無外加元器件即可工作，簡(jiǎn)單方便，成本又低。

圖18 AVR MCU管腳分布

AVR單片機(jī)可重設(shè)啟動(dòng)復(fù)位,以提高單片機(jī)工作的可靠性。有看門狗定時(shí)器實(shí)行安全保護(hù),可防止程序走亂(飛),提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。AVR MCU管腳分布如圖18所示。

方案二：采用新一代增強(qiáng)型8051單片機(jī)STC12C5A60S2，此單片機(jī)具有兩路PWM/PCA功能；8路10位A/D采集，轉(zhuǎn)換速度25萬次/秒；雙串口；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路；具有60K的用戶程序空間；內(nèi)部集成掉電檢測(cè)電路；可擴(kuò)展為4個(gè)16位定時(shí)器；7路外部中斷；工作頻率范圍為0-35MHZ，相當(dāng)于普通8051的0-420MHZ；指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)。

綜上兩種方案，因所需的A/D檢測(cè)通道較多，我們選用方案二中的STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片。