定日镜控制系统课程设计实验报告2Word下载.docx
- 文档编号:21321195
- 上传时间:2023-01-29
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:454.08KB
定日镜控制系统课程设计实验报告2Word下载.docx
《定日镜控制系统课程设计实验报告2Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《定日镜控制系统课程设计实验报告2Word下载.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
在晴天检测过程中能实时跟踪太阳的位置,由于光敏电阻对光的感测较为敏感,故即使在阴天,也能实现趋光效果。
另外,采用步进电机,实时性好,步距稳定,可以实现快速准确追踪太阳。
随着新能源被重视和全球性的太阳能投资热潮涌动,太阳能以其不竭性和环保优势已成为当今国内外最具发展前景的新能源之一。
槽式线聚焦系统,碟式点聚焦系统,菲涅尔线聚焦系统和塔式固定目标聚焦系统都展示了各自的优点。
国际上塔式系统在美国SolarTwo之后又出现了西班牙的PS10和PS20,2008年美国又一个新建项目esolar开始建设。
简化定日镜结构设计,使定日镜成本降低的同时简化了设计流程。
设计开发能自动追踪太阳光照的控制系统,在开发研究人员的智力的同时也造福人类,因此这是非常有价值的研究课题。
2.具体任务与设计要求
本课程设计的题目是“定日镜控制系统”任务是通过单片机控制实现具有跟踪太阳光方向功能的机械装置。
通过光敏元件对接收太阳光强弱的不同反应在电路中是引起电路中某些参数的变化,再通过单片机编程实现对机械部分的有效控制,对太阳光仰角的测量是由两个电动机分别完成水平和竖直方向的正转和反转来实现的。
二.分块实物设计方案及实物连接图
1.光敏电阻(型号LXD7516)
光敏电阻实物图
光敏电阻宜采用硫化镉(CdS)材料制成的光敏电阻,从(图2)中可看出这种CdS光敏电阻与人眼的感觉最为接近[1],因此采用CdS光敏电阻比较适合用于可见光装置.光敏电阻的阻值:
暗电阻为0.5M、亮电阻10K
产品名称:
CdS(硫化镉)光敏电阻;
产品型号:
LXD7516,LXD7628,LXD7638,LXD7649,
产品规格(mm):
7mm
详细参数:
最大电压(VDC):
150最大功耗(MW):
100环境温度:
-30~+70
光谱峰值(nm):
560亮电阻(10LUX光源下):
4-10KΩ暗电阻(MIN)/MΩ:
0.5
性能特点:
●环氧树脂封装●体积小●反应速度快●可靠性好●灵敏度高●光谱特性好
应用范围:
●照相机自动测光●室内光线控制●工业控制●光控灯●光电控制
●报警器●光控开关●电子玩具●电子验钞机
2.LM324电压比较器
电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。
它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。
芯片引脚结构实物图
各管脚管脚图:
引脚说明:
1脚OUTPUT12脚INPUT1-3脚INPUT1+4脚V+5脚INPUT2+6脚INPUT2-7脚OUTPUT28脚OUTPUT39脚INPUT3-
10脚INPUT3+11脚GND12脚INPUT4+13脚INPUT4-
14脚OUTPUT4
OUTPUT是运算放大器的输出端,也是这个芯片的输出INPUT-是运算放大器的反向输入端,输出端输出的信号总与这个引脚的输入信号极性相反。
INPUT+是运算放大器的正向输入端,信号的输入与输出同向。
一般正向输入端作为信号的输入端,用反向输入端作为反馈,也有反过来的电路。
性能指标:
1.LM324是由四个独立的运算放大器组成的电路。
它设计在较宽的电压范围内单电源工作,但亦可在双电源条件下工作。
其特点如下:
●具有宽的单电源或双电源工作电压范围;
单电源3V~30V,双电源±
1.5V~±
15V
●内含相位校正回路,外围元件少●消耗电流小:
Icc=0.6mA(典型值,RL=∞)
●输入失调电压低:
±
2mV(典型值)●电压输出范围宽:
0V~Vcc—1.5V
●共模输入电压范围宽:
0V~Vcc—1.5V
3.AT89C2051单片机
小巧,20管脚。
和MCS-51产品兼容;
2KB可重编程FLASH存储器(1000次);
.2.7-6V电压范围;
.全静态工作:
0Hz-24KHz.2级程序存储器保密锁定.128*8位内部RAM.15条可编程I/O .两个16位定时器/计数器 .6个中断源 .可编程串行通道 .高精度电压比较器(P1.0,P1.1,P3.6) .直接驱动LED的输出端口·
低功耗空载和掉电方式
AT89C2051芯片的20个引脚功能为:
1.Vcc:
电源电压。
2.GND:
地。
3.P1口:
P1口是一8位双向I/O口。
口引脚P1.2~P1.7提供内部上拉电阻。
P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。
P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入(AIN1)。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。
当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。
P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
4.P3口:
P3口的P3.0~P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。
P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。
P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表10-1所示。
P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
5.RST:
复位输入。
RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。
当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
6.XTAL1:
作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
7.XTAL2:
作为振荡器反相放大器的输出。
本设计中具体应用到的功能:
引用单片机的I/O口总线进行输入输出,并且编写程序控制单片机的输出,从而达到对输入量分析,同时控制电机转动,从而达到追踪太阳的目的。
AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。
如图10.2所示。
它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。
通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMELAT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。
4.方案一:
1)L298N驱动集成芯片
L298N芯片引脚图
使用说明:
板上的ENA与ENB为高电平时有效,只有当ENA与ENB为高电平时,电机才旋转,否则电机不旋转,这里的电平指的是TTL电平,ENA为IN1和IN2的使能端ENB为IN3和IN4的使能端。
当ENA=1,IN1=1,IN2=0时电机1正转,
ENA=1,IN1=0,IN2=1时电机1反转。
同理,当ENB=1,IN1=1,IN2=0时电机2正转,
ENB=1,IN1=0,IN2=1时电机1反转。
OUT1,OUT2接电机1,OUT3,OUT4接电机2,POWER接直流电源,注意正负,电源正端为VCC,电源负端为GND。
2).FF-130SH-14230-5V微型直流电动机
小功率直流电机
主要性能指标:
使用电压范围2.0-8.0V额定电压值5V无负荷转速6000rpm无负荷电流0.045A额定转速4900rpm额定电流0.20A额定转距11.0g.cm额定功率0.55W起动转矩60g.cm起动电流0.90A
1)CMOS场效应管IRF630
极限电流:
5A极限电压:
500V
用途:
开关电源,UPS电源,机箱电源,逆变器,电动车控制器,充电器
具体参数:
IRF630200V9A75W
采用CMOS管的原因:
TTL与CMOS的区别
1)TTL集成电路使用TTL管,也就是PN结。
功耗较大,驱动能力强,一般工作电压+5VCMOS集成电路使用MOS管,功耗小,工作电压范围很大,一般速度也低。
2)TTL其输入端与输出端均为三极管,因此它的阀值电压是<
0.2V为输出低电平;
>
3.4V
为输出高电平。
CMOS电平就不同了,他的阀值电压比TTL电平大很多。
而串口的传输电压都是以
COMS电压传输的。
3)TTL电平:
输出高电平>
2.4V,输出低电平<
0.4V。
在室温下,一般输出高电平是3.5V,
输出低电平是0.2V。
最小输入高电平和低电平:
输入高电平>
=2.0V,
输入低电平<
=0.8V,噪声容限是0.4V。
CMOS电平:
逻辑电平电压接近于电源电压,0逻辑电平接近于0V。
而且具有很宽的
噪声容限。
4)TTL和COMS电路比较:
TTL电路是电流控制器件,而coms电路是电压控制器件。
TTL电路的速度快,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大。
COMS电路的速度慢,传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。
2).39SH-29BBA小功率步进电动机
品牌
三菱
类别
微型步进电机
安装形式
卧式
型号
39SH-29BAA
适用范围
升降机
步进电机12V1.8deg.75Ω0.16A6线
步进电动机的主要性能指标有:
(1)步距精度。
我国生产的步进电动机的步距精度一般在±
10~±
30分的范围,有些可达±
2~±
5分。
(2)最大静转矩。
用以衡量步进电动机带负载的能力。
(3)起动频率。
是使步进电动机能够由静止定位状态不失步地起动,并进入正常运行的控制脉冲最高频率。
在电动机空载情况下,称为空载起动频率。
在有负载情况下,不失步起动所允许的最高频率将大大降低。
(4)连续运行频率。
步进电动机起动后,其转速将跟随控制脉冲频率连续上升而不失步的控制脉冲的最高频率称为连续运行频率的最高工作频率。
步进电动机的连续运行频率随负载的增大而下降,但步进电动机连续运行频率远高于其起动频率
6续流二极管
续流二极管的定义:
在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端,当电感线圈断电时其两端的电动势并不立即消失,此时残余电动势通过一个二极管释放,起这种作用的二极管叫续流二极管。
其实还是个二极管只不过它在这起续流作用而以.
续流二极管的作用:
续流二极管都是并联在线圈的两端,线圈在通过电流时,会在其两端产生感应电动势。
当电流消失时,其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。
当反向电压高于元件的反向击穿电压时,会使元件如三极管、晶闸管等造成损坏。
续流二极管并联在线两端,当流过线圈中的电流消失时,线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。
从而保护了电路中的其它原件的安全。
续流二极管的工作原理:
上图给出了续流二极管的典型应用电路,其中电阻R视情况决定是否需要。
储能元件在VT导通时,电压为上正下负,电流方向从上向下。
当VT关断时,储能元件中的电源突然中断,此时会产生感应电势,其方向是力图保持电流不变,即总想保持储能元件电流方向从上向下。
这个感应电势与电源电压叠加后加在VT两端,容易使VT击穿,为此可以加上VD。
这样就可以将储能元件产生的感应电势短路掉,从而达到保护VT的目的。
续流二极管的选择:
一般选择快速回复二极管或者肖特基二极管,如FR254、FR255、FR256、FR257、IN5204、IN5205、IN5206、IN5404、5406、5407、5408等。
使用时的注意事项:
1)续流二极管是防止直流线圈断电时,产生自感电势形成的高电压
对相关元件造成损害的有效手段!
2)续流二极管的极性不能接错,否则将造成短路事故;
3)续流二极管对直流电压总是反接的,即二极管的负极接直流电的
正极端;
4)续流二极管是工作在正向导通状态,并非击穿状态或高速开关状
态。
3.程序及意义
ORG0000H
ORG0003H
;
单片机上电复位时,P0~P3默认置FFH,电
MOVP3,#00H机在上电的时候转,故为了防止,置初值00H.
MOVP1,#00H
ORG0100H;
主程序
BB1:
JBP3.1,AA1;
P3.1口控制水平方向电机1
MOVP1,#00101000B;
水平方向反转
LCALLDLY
SJMPBB2
AA1:
MOVP1,#00011000B;
水平方向正转
LCALLDLY2
BB2:
JBP3.5,AA2;
P3.5口控制竖直方向电机2
MOVP1,#10000100B;
竖直方向反转
SJMPBB1
AA2:
MOVP1,#01000100B;
竖直方向正转
ORG0200H;
当频率为6MHZ时延时50ms子程序
DLY:
MOVR7,#100
DLY1:
MOVR6,#125
DLY2:
DJNZR6,DLY2
DJNZR7,DLY1
RET
软件设计方案说明:
单片机上电复位时,P0~P3口默认置FFH,由于当输出为高电平时,电机旋转,为了防止电机转动,首先要设初值,即置P0~P3口为00H。
根据原理图的连线可以看出,P1口各功能如下表所示
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
IN4
IN3
IN2
IN1
ENA
ENB
X
故通过判断P3.1口和P3.5口的状态来控制P1口的各个输出值,通过上表确定参数,从而方便且精确地控制两个电机的正反转。
调用延时程序,使单片机转动持续一段时间,后再继续读取信号,判断光敏电阻是否达到平衡。
持续以上步骤,最终达到追踪太阳的目的。
四.伟伏软件程序仿真
程序初始时状态(编译通过后未执行时,可观察到P0口P1口此刻状态均为初值FFH)
程序第一次执行到延时程序时的CPU输出状态:
可见P1口此时输出状态为28H(红色显示的含义是本次程序运行后所改变的端口)
程序第二次执行到延时程序时的CPU输出状态:
可见P1口此时输出状态为84H(红色显示的含义是本次程序运行后所改变的端口),即继上次程序执行后,继续执行程序时改变P1口的输出值,从而达到控制电机的不同引脚以及转动方向的目的。
五.实物图(如附纸)
六.总结
另外,采用步进电机,实时性好,步距稳定,可以实现快速准确追踪太阳的目的。
通过本次设计使我们进一步了解单片机的功能与应用。
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机是靠程序运行的,并且可以修改。
从而实现对驱动电机工作的驱动器的控制,控制电机转动。
课程设计的过程中我们收获很多,将平时的理论知识运用到实际中,是我们对理论的认识更近了一步,进而也开发我们的思维。
虽然是一个小的控制系统,但是我们了解到国际上有很多项目已经沿用这一思路开发了很多有益于人类的控制系统,开阔了我们大学生的眼界,我也因此感受到认真做好课程设计的重要性。
七.参考文献
张毅刚.单片机原理及应用.(2003年12月第一版).北京市西城区德外大街4号:
高等教育出版社,2009:
ISBN978-7-04—013036-2
...2010-5-22
...2010-5-17
...2010-7-3
...2010-5-13
...2010-4-5
2009-12-5
...2010-7-2
2007-5-3
2009-2-28
...2010-4-15
2009-1-14
...2010-6-11
2010-3-2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 定日 控制系统 课程设计 实验 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)