畢業(yè)設計---太陽能跟蹤機理及系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　第1章 概述3</p><p>　　1.1 太陽能的特點3</p><p>　　1.2 太陽能跟蹤技術現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3 本章小結8<

2、;/p><p>　　第2章 跟蹤系統(tǒng)的設計構想及框架9</p><p>　　2.1 跟蹤系統(tǒng)的設計要求9</p><p>　　2.2 跟蹤系統(tǒng)的組成9</p><p>　　2.2.1 太陽能采集裝置10</p><p>　　2.2.2 轉向機構10</p><p>　　2.2.3 控制部

3、分11</p><p>　　2.2.4 貯能裝置11</p><p>　　2.2.5 逆變器11</p><p>　　2.2.6 控制器11</p><p>　　2.3 太陽照射規(guī)律12</p><p>　　2.3.1 地球圍繞太陽的運行規(guī)律12</p><p>　　2.3.2 太陽

4、高度角和方位角的確定13</p><p>　　2.4 本章小結16</p><p>　　第3章 機械部分的設計17</p><p>　　3.1 整體框架的設計17</p><p>　　3.2 減速裝置的選型18</p><p>　　3.3 驅動電機的選型19</p><p>　　3.

5、4 本章小結20</p><p>　　第4章 控制部分的設計21</p><p>　　4.1 控制器21</p><p>　　4.1.1 匹配系統(tǒng)21</p><p>　　4.1.2 并聯(lián)調節(jié)器23</p><p>　　4.1.3 串聯(lián)調節(jié)器23</p><p>　　4.2 單片機的

6、選型24</p><p>　　4.2.1 結構框圖:24</p><p>　　4.2.2 AT89C51的引腳25</p><p>　　4.3 計時芯片的選型29</p><p>　　4.4 步進電機驅動芯片的選型31</p><p>　　4.5 整體電路圖的設計34</p><p>

7、;　　4.6 本章小結34</p><p>　　第5章 程序部分的設計35</p><p>　　5.1 流程圖設計35</p><p>　　5.2 程序設計37</p><p>　　5.3 本章小結41</p><p><b>　　結論與展望42</b></p><

8、p><b>　　參考文獻43</b></p><p><b>　　致謝44</b></p><p>　　太陽能跟蹤機理及系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘要 </b></p><p>　　隨著以常規(guī)能源為基礎的能源結構隨著資源的不斷耗用將越來越適應可持續(xù)發(fā)

9、展的需要，包括太陽能在內的可再生資源將會越來越受到人們的重視。利用潔凈的太陽光能，以半導體光生伏打效應為基礎的光伏發(fā)電技術有這十分廣闊的應用前景。</p><p>　　本設計嘗試設計一種能夠自動跟蹤太陽光照射角度的雙軸自動跟蹤系統(tǒng)以提高太陽能電池的光-電轉化率。該系統(tǒng)是以單片機為核心，利用太陽軌道公式進行太陽高度角及方位角計算，并利用計時芯片以及步進電機驅動雙軸跟蹤系統(tǒng)，使太陽能電池板始終垂直于太陽入射光線，從而

10、提高太陽能的吸收效率。</p><p>　　目前本設計僅通過簡單的計算公式得到的數(shù)據(jù)，對東西向進行每小時一次的角度改變，南北向進行每天一次的角度改變，再通過單片機的判斷進行每晚的東西向回歸控制以及每半年的南北向跟蹤方向的改變控制。</p><p>　　由于時間及作者目前的知識限制，跟蹤系統(tǒng)只是進行粗略的角度跟蹤，有較大誤差，今后如有機會再進行改進。</p><p>

11、　　關鍵字：太陽能電池，太陽照射角，自動跟蹤，單片機，步進電機</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the conventinuous consumption of resources , the conventional enenrgy-based energt strcucture has not already

12、more and more adapt to the needs for sustainable development,sppeing-up the development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospe

13、ct.</p><p>　　In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light - electricity conversion efficiency. The system is based on single-chip, orbit the sun

14、elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dual-axis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improv

15、e the absorption efficiency of solar energy. </p><p>　　At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the east-west to the point of view will be changed once an hour, the north

16、-outh perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the north-south change in control. </p&

17、gt;<p>　　Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design w

18、ill be iomproved in the future.</p><p>　　Keywords: solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically single-chip Stepping motor</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><

19、;p>　　1.1 太陽能的特點</p><p>　　太陽是一個巨大的能源，萬物生長都要依靠太陽，地球上絕大部分能源歸根究底是來自太陽的。煤炭，石油都是古時候由動物或植物存儲下來的太陽能。全世界人們一年所用的各種能量之和也只有到達地球表面的太陽能的數(shù)萬分之一，因此利用太陽能的潛力是十分大的。而相對于日益枯竭的化石能源來說，太陽能似乎是未來社會能源的希望所在。</p><p>　　太陽輻

20、射能與煤炭，石油，核能相比較。有如下的優(yōu)點:</p><p>　　1.儲量的“無限性”</p><p>　　太陽能是取之不盡的可再生能源，可利用能量巨大。太陽放射的總輻射能量大約是3.75 X 1021 kW，極其巨大的。其中到達地球的能量高達1.73 X 1011kW,穿過大氣層到達地球表面的太陽輻射能大約為8.1X1013kW。在到達地球表面的太陽輻射能中，到達地球陸地表面的輻射能大約

21、為1.7 X 1013kW，相當于目前全世界一年內消耗的各種能源所產生的總能量的三萬五千多倍。太陽的壽命至少尚有40億年，相對于人類歷史來說，太陽可源源不斷供給地球能源的時間可以是無限的。相對于常規(guī)能源的有限性，太陽能具有儲量的“無限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開發(fā)利用太陽能將是人類解決常規(guī)能源缺乏、枯竭的最有效途徑。</p><p><b>　　2.存在的普遍性</b></p

22、><p>　　雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻但相對于其他能源來說，太陽能對于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。</p><p><b>　　3.利用的清潔性</b></p><p>　　太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時幾乎不產生任何污

23、染，加之其儲量的無限性，是人類理想的替代能源。</p><p><b>　　4.利用的經濟性</b></p><p>　　可以從兩個方面看太陽能利用的經濟性。一是太陽能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽能時不征收任何“稅”，可以隨地取用;二是在目前的技術發(fā)展水平下，有些太陽能利用己具經濟性。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能的技術突破，太陽能利用的經濟性將會更明顯。

24、</p><p>　　1.2 太陽能跟蹤技術現(xiàn)狀</p><p>　　現(xiàn)階段國內外已經有的跟蹤裝置的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種。</p><p>　　(1)單軸跟蹤一般采用：傾斜布置東西跟蹤；焦線南北水平布置，東西跟蹤；焦線東西水平布置，南北跟蹤。這三種方式都是單軸轉動的南北向或東西向跟蹤，工作原理基本相似。</p><p>　　圖

25、1.1 單軸焦線東西水平布置（南北跟蹤）</p><p>　　圖1.1是第3種跟蹤方式的原理，跟蹤系統(tǒng)的轉軸(或焦線)東西向布置，根據(jù)事先計算的太陽方位的變化，太陽能設備的能量轉換部分繞轉軸作俯仰轉動跟蹤太陽。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時太陽能接收率最大;而在早上或下午太陽光線都是斜射。單軸跟蹤的優(yōu)點是結構簡單，但是由于入射光線不能始終與太陽能設備的能量轉換部分的主光

26、軸平行，接收太陽能的效果并不理想。</p><p>　　(2)雙軸跟蹤又可以分為兩種方式:極軸式全跟蹤和高度一方位角式全跟蹤。極軸式全跟蹤原理如圖1.6所示，太陽能設備的能量轉換部分的一軸指向天球北極，即與地球自轉軸相平行，故稱為極軸；另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。工作時太陽能設備的能量轉換部分所在平面繞極軸運轉，其轉速的設定與地球自轉角速度大小相同方向相反用以跟蹤太陽方位角:反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉動是為了適應

27、太陽高度角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調整。這種跟蹤方式并不復雜，但在結構上反射鏡的重量不通過極軸軸線，極軸支承裝置的設計比較困難。</p><p>　　圖1.2 極軸式跟蹤</p><p>　　高度角-方位角式太陽跟蹤方法又稱為地平坐標系雙軸跟蹤，其原理如圖1.7所示。太陽能設備的能量轉換部分的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。工作時太陽能設備的能量轉換部分根據(jù)太陽

28、的視日運動繞方位軸轉動改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運動改變太陽能設備的能量轉換部分的傾斜角，從而使能量轉換部分所在平面的主光軸始終與太陽光線平行。這種跟蹤系統(tǒng)的特點是跟蹤精度高，而且太陽能設備的能量轉換部分的重量保持在垂直軸所在的平面內，支承結構的設計比較容易。</p><p>　　圖1.3 高度-方位角式全跟蹤</p><p>　　不論是單軸跟蹤或雙軸跟蹤，太陽跟蹤裝置可分為：時鐘式、程序

29、控制式、壓差式、控放式、光電式和用于天文觀測和氣象臺的太陽跟蹤裝置幾種。</p><p>　　現(xiàn)就地平坐標系跟蹤方法的應用對太陽能跟蹤系統(tǒng)進一步做一下分析</p><p>　　國家太陽能檢測中心開發(fā)了一套太陽集熱器性能測試系統(tǒng)，其中就包括了太陽跟蹤器。該中心在集熱器性能測試試驗中，要求集熱器采光面始終垂直太陽光線，入射角偏差不超過5°，因此需要對太陽進行實時跟蹤。</p&g

30、t;<p>　　該跟蹤器采用地平坐標系跟蹤方式，主要由水平回轉轉臺、垂直回轉轉臺、兩臺步進電機以及集熱器臺架組成。集熱器固定在臺架平面上;水平轉臺相當于集熱器的方位軸，由一臺步進電機驅動，繞垂直于當?shù)厮矫娴妮S旋轉，用以跟蹤太陽的方位角，其控制流程為:步進電機一諧波減速器(降速增矩、角度細分)一水平回轉轉臺。減速器的傳動比為1:120，電機轉動120°時水平轉臺相應轉動1°，以步進電機0.360 的步距

31、角計算，當水平轉臺轉動1°時，步進電機發(fā)出120°/0.36個脈沖，山此可以計算集熱器方位角為a時步進電機發(fā)出的脈沖數(shù)為120a/0.36個;另一臺步進電機驅動同步帶輪帶動絲杠螺母旋轉，使絲杠進行直線運動，相當于改變俯仰軸轉角用以改變集熱器的傾斜度，從而跟蹤太陽的高度角，其控制流程為:步進電機一同步帶輪(傳遞動力卜絲杠螺母(旋轉運動)一絲杠(直線運動)。同步帶輪與絲杠的傳動比為2:1，當步進電機轉動1圈即360

32、76;時絲杠螺母轉動半圈，絲杠相應走過3rn們n，由此通過集熱器臺架的傾角變化計算出絲杠直線運動的距離，再經過傳動比換算出步進電機應轉動的角度，根據(jù)0.36°的步距角就可以算出相應的脈沖數(shù)。</p><p>　　試驗主程序流程如圖1.4所示。每當試驗時，跟蹤器在跟蹤太陽前先得讓方位軸和俯仰軸自動回零;然后根據(jù)太陽當前位置從零點處自動快速指向太陽;接著每間隔一定時間，自動調整一次集熱器的位置，使其采光面垂

33、直于太陽光線，實現(xiàn)實時太陽跟蹤。</p><p>　　自動跟蹤子程序流程見圖1.5。其中，2軸為俯仰軸，X軸為方位軸。由于影響跟蹤精度的因素很多，不僅跟當?shù)鼐暥?、太陽赤緯角、太陽時角的取值有關，還跟步進電機的精度以及跟蹤轉臺的機械結構有關，因而需要對跟蹤軌跡的程序進行校正。校正采用手動操作，使跟蹤臺的兩個軸帶動集熱器轉動，同時不斷觀察日暑的影子，當影子剛好聚為一點時為最佳，記錄下從原點到該點兩軸的步進電機各自走過

34、的實際脈沖數(shù)，然后依據(jù)算法計算兩軸的步進電機從原點到該點的理論脈沖數(shù)，根據(jù)實際脈沖數(shù)與理論脈沖數(shù)之差，可算得到角度之差，就是高度角和方位角的修正值。校正可以選擇任一天中的幾個不同時刻進行，得到一組高度角和方位角的校正系數(shù)，取其平均值。用正系數(shù)校正理論值存入控制程序，可以提高跟蹤精度。</p><p><b>　　1.3 本章小結</b></p><p>　　在本章節(jié)中

35、分析了現(xiàn)代能源日益短缺的嚴峻現(xiàn)狀和新型能源發(fā)展的趨勢，從而說明了利用太陽能做為一種新型能源是有效而可行的，太陽能是一種清潔環(huán)保并且用之不竭的能源，如何對其進行利用將是未來能源研究發(fā)展的趨勢。另外，本章節(jié)還對地平坐標系跟蹤方法的應用進行了分析，從而對目前的太陽能跟蹤技術有了一定的了解。為本課題中太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的研發(fā)提供了基礎和依據(jù)。</p><p>　　第2章 跟蹤系統(tǒng)的設計構想及框架</p>

36、<p>　　2.1 跟蹤系統(tǒng)的設計要求</p><p>　　本系統(tǒng)研制的出發(fā)點是更加有效的利用太陽能。對太陽能的利用一般都是采用太陽能采集裝置把太陽能量轉化為其他類型的可用能源而加以利用，在本研究中，確定了使用太陽能電池板把太陽能量轉化為電能。對太陽能進行電能轉換的時候，由于太陽的位置是隨著時間的變化而改變的，如果采用固定式的太陽能接收裝置，此裝置的位置無法隨太陽改變，只能在固定時段有效的吸收太陽能，在

37、其他時段的吸收效率就十分低下，因此，要使太陽能的吸收效率提高，采用太陽跟蹤系統(tǒng)對太陽進行實時跟蹤是可行和有效的。在本課題中采用的是雙軸跟蹤的方法對太陽進行即時跟蹤，使太陽能接收裝置能夠始終正對太陽，從而提高吸收效率。</p><p>　　本系統(tǒng)的整體研發(fā)要求是經濟、結構簡單、性能可靠。根據(jù)本系統(tǒng)的整體要求，裝置的各組成部分應該選用常用而且性價比與可靠性較高的構件，充分考慮其經濟性.在結構設計中，要使系統(tǒng)機構盡量簡

38、潔，避免過于復雜和昂貴，要便于安裝和維護。在控制部分的設計中，要考慮到系統(tǒng)的全天候性要求，選用耐用和抗干擾性強的執(zhí)行元件，避免頻繁發(fā)生系統(tǒng)故障。</p><p>　　2.2 跟蹤系統(tǒng)的組成</p><p>　　跟蹤系統(tǒng)主要構成一般為：（1）太陽能采集裝置；（2）轉向機構；（3）控制部分；（4）貯能裝置；（5）逆變器。系統(tǒng)組成如圖2.1所示。</p><p>　　2.

39、2.1 太陽能采集裝置</p><p>　　本光伏發(fā)電系統(tǒng)的目的即是對太陽能進行有效的吸收，從而盡可能多的把太陽能量轉化為可用電能，提供給耗電負載使用，起到節(jié)省能源的目的。在本系統(tǒng)的研發(fā)中，太陽能電池是太陽能采集裝置的首選部件。</p><p>　　但是太陽能電池本身容易破碎、易被腐蝕，若直接暴露在大氣的環(huán)境中，光電轉化的效率就會由于環(huán)境潮濕、灰塵、酸雨等影響而下降，最后以至于破碎失效。不

40、能滿足本系統(tǒng)經久耐用的研發(fā)要求。因此，太陽能電池需要通過膠封、層壓等方式封裝成平板式結構才能投入使用，如層壓的封裝方式，即將太陽能電池片的正面和背面各用一層透明、耐老化、黏結性好的熱熔性膠膜封裝，并采用透明度高、耐沖擊的低鐵鋼化玻璃做為蓋板，用耐濕抗酸的復合薄膜或者玻璃等其他材料做背板，通過真空層壓工藝將電池片、正面蓋板和背板薪合為一個整體，從而構成一個使用的太陽能電池發(fā)電器件，稱為太陽能電池組件。</p><p&g

41、t;　　目前市場上的太陽能電池基本都為封裝后的成品，通過封裝處理的太陽能電池就可以應對各種氣候條件，并且耐沖擊，可以適應各種應用條件，達到了長期使用的目的，從而很好的滿足了本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)要求。</p><p>　　2.2.2 轉向機構</p><p>　　由于本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)要求最大限度的利用太陽能，因此必須要研制一套機構用來跟蹤太陽的實時位置。</p>&l

42、t;p>　　轉向機構機械部件的選取必須滿足性能可靠、價格低廉和結構簡單的研發(fā)要求。選取的是普通的市面常見的裝置，這樣能使整個轉向機構結構緊湊、性價比高。轉向結構的構成設想基于簡單易安裝的要求，主要由底座、驅動電機、聯(lián)軸器、減速機構、電池板固定框架等構成。</p><p>　　在轉向機構的組成中，底座主要由普通的鋼材加工而成，便于拆卸和移動。驅動電機選用的是步進電機，此種電機性能可靠，對于角度量轉向控制精確。

43、連軸器選用的是普遍使用的彈性聯(lián)軸器，耐沖擊，經久耐用。由于研發(fā)要求系統(tǒng)要結構緊湊，電機選取的為小型步進電機，輸出扭矩達不到轉向要求，因此要選用減速機構來提升輸出扭矩，在本光伏系統(tǒng)中，選取的是小型渦輪蝸桿減速機構;并且，太陽的角度控制要求精確，要合理的選取渦輪蝸桿減速機構的傳動比，在系統(tǒng)設計中選用的傳動比為50:1即可達到要求。電池板固定架用來對太陽能電池板進行固定，要求設計合理，穩(wěn)定。</p><p>　　2.2

44、.3 控制部分</p><p>　　在本系統(tǒng)中，要根據(jù)即時時間進行太陽角度的運算，調整系統(tǒng)精確轉向，因此要合理選用控制芯片完成此功能。</p><p>　　由于太陽的位置角度和時間有關，要對時間進行實時監(jiān)控和有效讀取，必須選取計時芯片完成此功能。在本系統(tǒng)中使用的時間芯片是8563，用來進行時間的控制。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，考慮選用的控制核心為單片機。單片

45、機將中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器/計數(shù)器單元集成在一塊芯片上，構成一個完整的計算機體系。單片機把各項功能部件都集成在一塊芯片上，因此它的結構緊湊、超小型化、價格低廉、易于開發(fā)應用。本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制部分選用的AT89C51單片機。</p><p>　　2.2.4 貯能裝置</p><p>　　本系統(tǒng)的制造目的是對太陽能進行采集，并加以利用，因此需要將太陽能電池組

46、件產生的電能儲存起來，用于其他耗電場合.蓄電池組是本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的貯能裝置，它的作用是將太陽能電池方陣從太陽輻射能轉換來的直流電轉換為化學能貯存起來，以供應用。</p><p>　　蓄電池在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充電方式為：當太陽能電池板的電勢大于蓄電池的電勢時，電能充入蓄電池，蓄電池處于充電狀態(tài)。當太陽能電池方陣不發(fā)電或電動勢小于蓄電池電勢時，由于阻塞二極管的作用，蓄電池不會通過太陽能電池方陣放電。<

47、;/p><p>　　在本光伏發(fā)電系統(tǒng)中考慮使用的蓄電池可以選用鉛酸蓄電池和堿性蓄電池。比對兩種蓄電池的特點，鉛酸蓄電池價格低廉，原材料易得，維護方便，原材料豐富，但體積較大。堿性蓄電池維護容易，壽命較長，結構堅固，不易損壞，但價格昂貴，制造工藝復雜。從技術和經濟方面綜合考慮，在本系統(tǒng)中貯能裝置應采用鉛酸蓄電池為宜。</p><p><b>　　2.2.5 逆變器</b>&

48、lt;/p><p>　　本系統(tǒng)能對太陽能量加以吸收和轉化，并將其產生的電能貯存起來，但是因為鉛酸蓄電池提供的是直流電，不能直接給交流用電器供電，普通的用電器的電壓為220V交流電，因此必須采用逆變器將蓄電池的直流電轉化為普通用電器可以使用的交流電。</p><p>　　逆變器是將直流電變換為交流電的電力變換裝置，逆變器技術在電力電子技術中已經較為成熟。</p><p>

49、<b>　　2.2.6 控制器</b></p><p>　　為了最大限度地利用蓄電池的性能和延長使用壽命，必須對它的充電條件加以規(guī)定和控制。無論太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是大還是小，是簡單還是復雜，充電控制器都必不可少。一個好的充電控制器能夠有效地防止蓄電池過充電和深度放電，并使蓄電池使用達到最佳狀態(tài)。</p><p>　　蓄電池充電控制通常是由控制電壓或分并聯(lián)調節(jié)器、串聯(lián)調

50、節(jié)器，齊納二級管（硅穩(wěn)壓管），次級方陣開關調節(jié)器控制電流來完成的。一般而言，蓄電池充電方法有三種：恒流充電、恒壓充電和恒功率充電，每種方法具有不同的電壓和電流充電特性。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，一般采用充電控制器來控制充電過程，并對過充電進行保護，最常用的充電控制器有：完全匹配系統(tǒng)、并聯(lián)調節(jié)器、部，脈沖寬度調制（PWM）開關，脈沖充電電路。針對不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以選用不同的充電控制器，主要考慮的因素是要盡可能的可靠、控制精度高及低成本。所用開關

51、器件，可以是繼電器，也可是MOS晶體管。但采用脈沖寬度調制型控制器，往往包含最大功率的跟蹤功能，只能用MOS晶體管作為開關器件。此外，控制蓄電池的充電過程往往是通過控制蓄電池的端電壓來實現(xiàn)的，因而光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充電控制器又稱為電壓調節(jié)器。</p><p>　　控制器可分為并聯(lián)控制器和串聯(lián)控制器兩種，本設計中選擇并聯(lián)控制方式。</p><p>　　2.3 太陽照射規(guī)律</p>

52、<p>　　2.3.1 地球圍繞太陽的運行規(guī)律</p><p>　　眾所周知 ，地球每天為圍繞通過它本身南極和北極的“地軸”自西向東自轉一周。每轉一周為一晝夜，一晝夜又分為24h，所以地球每個小時自轉15°。</p><p>　　地球除了自轉外，還繞太陽循著偏心率很小的橢圓形軌道(黃道)上運行，稱為“公轉”，其周期為一年。地球的自轉軸與公轉運行的軌道面(黃道面)法線傾

53、斜成23°27´的夾角，而且地球公轉時其自轉軸的方向始終不變，總是指向天球的北極。因此，地球處于運行軌道不同位置時，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。</p><p>　　假設觀察者位于地球北半球中緯度地區(qū)，我們可以對太陽在天球上的周年視運動情況做如下描述。</p><p>　　每年的春分日(3月12日)，太陽從赤道以南到達赤道(太陽的赤緯占=0

54、76;)，地球北半球的天文春季開始。在周日視運動中，太陽出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。太陽在正午的高度等于90°- (為觀察者當?shù)氐牡乩砭暥?。春分過后，太陽的生落點逐日移向北方，白晝時間增長，黑夜時間縮短，正午時太陽的高度逐日增加。</p><p>　　夏至日(6月2日)，太陽正午高度達到最大值90°-+23°27´，白晝最長，這時候地球北半球天文夏季開始。夏至過后

55、，太陽正午高度逐日降低，同時白晝縮短，太陽的升落又趨向正東和正西。</p><p>　　秋分日(9月23日)，太陽又從赤道以北到達赤道(太陽的赤緯=0°)，地球北半球的天文秋季開始。在周日視運動中，太陽多出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。</p><p>　　秋分過后，太陽的生落點逐日移向南方，白晝時間縮短，黑夜時間增長，正午時候太陽的高度逐日降低。冬至日(12月2日)，太陽正

56、午高度達最小值90°--23°27´，黑夜最長，這時地球北半球天文冬季開始。冬至過后，太陽正午高度逐日升高，同時白晝增長，太陽的升落又趨向正東和正西，直到春分日(3月21日)太陽從赤道以南到達赤道。</p><p>　　2.3.2 太陽高度角和方位角的確定</p><p>　?。?）Coper方程</p><p>　　太陽光線與地球赤道

57、面的交角就是太陽的赤緯角，以占表示。在一年中，太陽赤緯每天都在變化，但不超過士23°27´的范圍。夏天最大變化到夏至日的+23°27´;冬季最小變化到冬至日的-23°27´.太陽赤緯隨季節(jié)變化，按照Coper方程，</p><p><b>　　由式(41)計算</b></p><p>　　=23.45sin(

58、360) …………………… (1.1)</p><p>　　式中，n為一年中的天數(shù)，如:在春分，n=81，則δ=0，自春分日起的第d天的太陽赤緯為: </p><p>　　=23.45sin ………………………… (1.2)</p><p><b>　?。?）太陽角的計算</b></p><p>　　如圖2.2

59、所示，指向太陽的向量與天頂Z的夾角定義為天頂角，用表示；向量與地平面的夾角定義為太陽高度角，用h表示；在地面上的投影線與南北方向線之間的夾角為太陽方位角，用表示。太陽的時角用表示，它定義為:在正午時=0，每隔一個小時增加15°，上午為正，下午為負。</p><p>　　圖2.2 太陽角的定義</p><p><b>　　1）太陽高度角</b></p&g

60、t;<p>　　計算太陽高度角的表達式為</p><p>　　sinh=sinsin+coscoscos ……………… （1.3）</p><p>　　式中， 滬為地理緯度；占為太陽赤緯；口為太陽時角。</p><p>　　正午時 ，=0，cos=1，(4.3)式可以簡化為：</p><p>　　sinh=sinsin+cos

61、cos=cos(-)</p><p>　　因為，cos（-）=sin[90士（-）]，所以</p><p>　　sinh=sin[90土（-）] ………………… （1.4）</p><p>　　正午時，若太陽在天頂以南，即>，取</p><p>　　sinh=sin[90一（-）]</p><p&

62、gt;<b>　　從而有，</b></p><p>　　h=90+- …………………………………… （1.5）</p><p>　　在南北回歸線內，有時正午時太陽正對天頂，則有=，從而h=90°。</p><p><b>　　2）太陽方位角</b></p><p>　　太陽方位角按下式計算

63、，</p><p>　　cos= ……………………… (1.6)</p><p><b>　　也可用下式計算，</b></p><p>　　sin= ………………… (1.7)</p><p>　　根據(jù)地里緯度，太陽赤緯以及觀測時間，利用式(4.6)或者式(4.7)中的任意一個可以求出任何地區(qū)，任

64、何季節(jié)某一時刻的太陽方位角。</p><p><b>　　3）日照時間</b></p><p>　　太陽在地平線的出沒瞬間，其太陽高度角h=0。若不考慮地表曲率及大氣折射的</p><p>　　影響，根據(jù)式(4.3)，可得出日出日沒時角表達式</p><p>　　cos=-tantan ……………………

65、 (1.8)</p><p>　　式中-日出或日沒時角，以度表示，正為日沒時角;負為日出時角。對于北半球，當-1- tantan+1，解式(1.8)，有</p><p>　　=arccos(-tantan) …………………… (1.9)</p><p>　　求出時角后，日出日沒時間用t=求出。</p><p>　　一天中可能的日照時

66、間由下式給出</p><p>　　N=arccos(-tantan) ……………… （1.10）</p><p>　　利用太陽高度角和方位角的數(shù)學模型，就可以在固定緯度，固定時段計算出太陽在此條件下的方位。從而可以通過控制使光伏系統(tǒng)朝向太陽位置對其進行有效跟蹤，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。</p><p><b>　　2.4 本章小結</b>&

67、lt;/p><p>　　本章節(jié)對課題研制的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提出了具體的要求，即經濟、結構簡單、性能可靠等，此次設計的研究要以此為方向。并且研究了系統(tǒng)組成部分的構成，材料盡量選取經久耐用、技術成熟、性價比高、普遍可見的設備，來提高系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)成本。本章還簡要的敘述了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的基本構成，闡述了各個組成部分的功能和實現(xiàn)方法，并且闡述了太陽能的照射規(guī)律從而為以后的控制方式的設計提供一個理論基礎。</p&g

68、t;<p>　　第3章 機械部分的設計</p><p>　　3.1 整體框架的設計</p><p>　　本設計中通過東西向的方位角跟蹤和南北向的高度角的跟蹤達到使太陽能電池板能夠始終正對太陽照射角，從而達到提高太陽能利用率的目的，因此轉向部分首先需要滿足能夠進行東西向和南北向的自由轉動。同時，此跟蹤系統(tǒng)的設計還必須本著造價低廉、可靠性高、結構簡潔的原則進行。機械轉向機構在結構

69、上要做到結構緊湊、布局合理，選件不能過大臃腫，在同等條件下，盡量選用小型的構件。</p><p>　　圖3.1 跟蹤系統(tǒng)的機械結構</p><p>　　通過對目前多種太陽能采集裝置的機械結構的收集和對比，再在幾種比較合適的結構的基礎上進行一些修改以更加符合本設計的要求，最終得到的結構如圖3.1所示。此結構在東西向和南北向都有很大的轉動空間，并且結構簡單，耗材較少，比較適合小型的太陽能跟蹤

70、發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　如圖3.1，本機械轉向機構基本組成主要有：底座、下層平臺、上層平臺、驅動電機、減速裝置、電池板固定框架等</p><p>　　3.2 減速裝置的選型</p><p>　　在本光伏發(fā)電系統(tǒng)的研制中，要求結構緊湊，因此要選用的電機體積不能太大，由于結構的限制，電機的功率和扭矩也不會很大，不能直接帶動機械轉向機構做跟蹤太陽的運動。因此要選用

71、合適的減速機構來提高扭矩，使轉向機構正常運轉。為了滿足整個系統(tǒng)結構緊湊、體積小的要求，在本機械轉向機構中可以選用的減速器有以下三種:渦輪蝸桿減速器、諧波減速器和行星減速器。這三種減速器的性能比較如表。</p><p>　　這三種減速器各自的特點如下:</p><p>　?。?）蝸輪蝸桿減速器的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但

72、是一般體積較大，傳動效率不高。</p><p>　?。? )諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉速不能太高。</p><p>　　（3 ) 行星減速器其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。</p><p

73、>　　本系統(tǒng)由于起停比較頻繁，沖擊較大，因此不適合選用諧波減速器。行星減速器雖然精度較高，但價格昂貴，也不能滿足本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計初衷。因此在本雙軸跟蹤機構中，選取渦輪蝸桿減速器是較為合適的。</p><p>　　表3.1 減速器性能比較表</p><p>　　在本設計中具體選用的渦輪蝸桿減速器為NMRV04O渦輪蝸桿減速箱，此減速機的結構小巧而緊湊、外形美觀、體積小，箱體

74、的各個面上都有安裝孔位，可以適應各種安裝方式。</p><p>　　NMRV040技術參數(shù)： </p><p>　　功 率：0.06KW～7.5KW </p><p>　　轉 矩：2.6N·m～2379N·m </p><p><b>　　傳動比：5-100</b></p><

75、p>　　3.3 驅動電機的選型</p><p>　　本太陽能自動跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)要求能夠比較準確的跟蹤太陽位置，因此要求驅動電機能夠準確的把電信號轉化為電機軸上的角位移。本系統(tǒng)選取步進電機作為驅動電機。</p><p>　　步進電機又稱為脈沖電動機，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號變換成相應的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機就轉動一個角度或前進一步。步

76、進電動機的移量或者線位移量S與脈沖數(shù)k成正比;它的轉速n，或者線速度v與脈沖頻率f成正比。在負載能力范圍內這些關系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化.因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化。步進電動機可以在很寬的范圍內通過改變脈沖頻率來調速;能夠快速反轉和制動。它不需要變換可直接將數(shù)字脈沖信號轉換為角位移，很適合采用微型計算機控制。步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機。它將電脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，

77、步動機就轉動一個角度，因此作常適合于單片機控制。</p><p>　　按勵磁方式分類，步進電動機可分為3大類：</p><p>　　（1）反應式步進電動機(anv baelelrcutance，簡稱vR)</p><p>　　反應式步進電動機又稱為磁阻式步進電動機。它的轉子是由軟磁材料制成的，轉子中沒有繞組。它的結構簡單，成本低，步距角可以做得很小，.但動態(tài)性能較差

78、。</p><p>　?。?）永磁式步進電功機(Pemranentmanegt，簡稱PM)</p><p>　　永磁式步進電動機的轉子是用永磁材料制成的.轉子本身就是一個磁源。它的輸出轉矩大，動態(tài)性能好。轉子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同，所以步距角一般較大。需供給正負脈沖信號。</p><p>　?。?） 混合式步進電動機（hybird，簡稱HB）</p>

79、<p>　　混合式步進電動機也稱為感應式步進電動機。它綜合了反應式和永磁式兩者的優(yōu)點，它的輸出轉矩大，動態(tài)性能好，步距角小。</p><p>　　在本設計中，考慮到驅動電機帶動的負載較大，故選用了兩相混合式步進電機做為系統(tǒng)驅動源。本設計選用的步進電機為85BYGH350A。</p><p>　　表3.2 步進電機的技術參數(shù)</p><p><b&g

80、t;　　3.4 本章小結</b></p><p>　　本章對系統(tǒng)中的機械部分的設計進行了闡述，并且對其中的主要部件進行了簡介和選型。本機械結構基本符合第二章中對于轉向機構的要求，結構簡潔、耗材較少。通過兩個減速裝置對電機驅動方向的轉換，使該裝置東西向能夠進行360°旋轉，南北向也有將近360°的轉角，有足夠的能動性。同時在本章中對多種減速裝置和多種步進電機進行了對比，確定了較適合本

81、系統(tǒng)的渦輪蝸桿減速器和兩相混合式步進電機應用于本系統(tǒng)?？偟膩碚f，通過結合本設計中的要求對機械部件進行了設計選型，所得的設計結果有較高的性價比和使用性，比較符合本次的設計要求。</p><p>　　第4章 控制部分的設計</p><p>　　本次設計的系統(tǒng)需要在東西、南北兩個方向上對太陽光照射角進行跟蹤，跟蹤方式可由第一章中提到的太陽照射規(guī)律進行設計。跟蹤系統(tǒng)需要單片機通過對時間進行判斷、比

82、較和提取，再按照不同的時間控制步進電機使太陽能電池板進行相應的角度改變，其中時間方面選用一款計時芯片進行自動計算，同時需要選用一款步進電機驅動芯片來把單片機與步進電機聯(lián)系起來。</p><p>　　因此在本章中將在精確、實用、高性價比等的要求下，對單片機、計時芯片以及步進電機驅動芯片進行選型，然后利用所選擇的部件連接出控制電路圖，即得到了本次設計中的控制部分。</p><p><b&

83、gt;　　4.1 控制器</b></p><p>　　太陽能電池板與蓄電池之間需要控制器進行連接，以控制在不同的情況下蓄電池的充放電情況。如夜間、陰雨天等情況下太陽能電池板無法提供電能，此時即需要控制器阻止蓄電池向電池板放電。因此，在本系統(tǒng)中，控制器是必不可少的器件。</p><p>　　4.1.1 匹配系統(tǒng)</p><p>　　這是一個串聯(lián)二極管的系統(tǒng)

84、，如圖4.2所示。該二極管常用硅PN結或肖特基二極管，以阻止蓄電池在太陽低輻射期間向光伏方陣放電。</p><p>　　圖4.2 完全匹配系統(tǒng)電路圖</p><p>　　蓄電池充電電壓在蓄電池接收電荷期間是增加的。光伏方陣的工作點如圖4.3所示。隨著電壓的減少，工作點從a點移向b點。必須先選好a點和b點之間的工作電壓范圍，以確保光伏方陣和蓄電池特性的最佳匹配。</p><

85、;p>　　圖4.3 光伏方陣供給蓄電池的電流隨蓄電池電壓的變化</p><p>　　這種充電控制系統(tǒng)的問題是，光伏方陣在變化的太陽輻射條件下，其工作曲線是不確定的。采用這種系統(tǒng)設計，蓄電池只能在太陽高輻照度時達到滿充電，而在低輻照度時將減少方陣的工作效率。</p><p>　　4.1.2 并聯(lián)調節(jié)器</p><p>　　這是目前用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最普遍的充電

86、調節(jié)電路，一般是使用一臺并聯(lián)調節(jié)器以使充電電流保持恒定，如圖4.4所示。</p><p>　　調節(jié)器根據(jù)電壓、電流和溫度來調節(jié)蓄電池的充電。它是通過并聯(lián)電阻把晶體管連到蓄電池的并聯(lián)電路上實現(xiàn)過充電保護的。通常調節(jié)器用固定的電壓門限去控制晶體管開關的接通和切斷。通過并聯(lián)分流的電能可用于輔助負載的供電，以充分利用光伏方陣的輸出電能。</p><p>　　圖4.4 并聯(lián)調節(jié)系統(tǒng)</p&g

87、t;<p>　　4.1.3 串聯(lián)調節(jié)器</p><p>　　如圖4.5所示，在串聯(lián)調節(jié)器中，蓄電池兩端電壓是恒定的，而其電流隨串聯(lián)晶體管調節(jié)器變化著，這種晶體管調節(jié)器通常是一個兩階段調節(jié)器。串聯(lián)晶體管代替了所需的串聯(lián)二極管。</p><p>　　圖4.5 串聯(lián)調節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　4.2 單片機的選型</p><p>

88、　　在本控制中的單片機部件選擇ATMEL公司生產的AT89C51型單片機。AT89C15是一種低功耗、高性能的8位單片機，它采用CMOS工藝和高密度非易失性存貯器（NURAM）技術，而且引腳和指令系統(tǒng)都與MCS一51兼容。。AT89C51是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，可以很好的滿足本系統(tǒng)的設計要求。</p><p>　　4.2.1 結構框圖:</p><p>　　AT89C15

89、的結構框圖如圖4.6所示。它具有如下的主要特征:</p><p>　?。?）4KB可改編程序的Flash 存貯器(可擦寫100次)</p><p>　?。?）全靜態(tài)工作頻率：0Hz一24MHz</p><p>　?。?）三級程序存貯器保密</p><p>　?。?）128字節(jié)內部RMA</p><p>　?。?）32條

90、可編程I/O線</p><p>　?。?）2個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　?。?）6個中斷源</b></p><p>　　（8）可編程全雙工串行通道</p><p>　?。?）片內時鐘震蕩器</p><p>　　AT89C15是用靜態(tài)邏輯來設計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提

91、供兩種可用軟件選擇的省電方式，即空閑方式和掉電方式。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作.在掉電方式中，片內振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結”，使一切功能都暫停，只保持內部RAM的內容，直到下一次硬件復位為止。</p><p>　　4.2.2 AT89C51的引腳</p><p>　　AT89C51引腳采用雙列直插式封裝(DIP)或方形封裝。雙

92、列直插式封裝的如圖4.7所示，共有40個引腳，下面將對這些引腳進行說明。</p><p>　?。?) 主 電 源引腳</p><p>　　A. Vcc: 電源端。</p><p>　　B. GND :接地端。</p><p>　?。?）外接晶體引腳XATL1和XATL2</p><p>　　XATL1:接外部晶體的一個

93、引腳。在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反相放大器的輸入端。當采用外部振蕩信號源時，該引腳接收外部振蕩源的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XATL2 :接外部晶體的另一個引腳。在單片機內部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩信號源時，此引腳應懸浮不連接。</p><p>　?。?) 控制或與其它電源復用引腳RST、AlE/、、/Vpp&l

94、t;/p><p>　　A. RST: 復位輸入端。當震蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。</p><p>　　B. AlE/：當訪問外部存貯器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低8位。即使不訪問外部存貯器，ALE端仍以不變的頻率(此頻率為震蕩器頻率的1/6)周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是:每當訪問外部

95、數(shù)據(jù)存貯器時，將跳過一個ALE脈沖。</p><p>　　在對Flash存貯器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖()。</p><p>　　如果需要的話，通過對在專用寄存器(FSR)區(qū)的8EH單元的D0位置數(shù)，可禁止ALE操作。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一條MOVX或MOVC指令期間，ALE才一會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，該設定禁止ALE位無效。</p>

96、;<p>　　C . :外部程序存貯器的讀選通信號。當AT89C51由外部程序貯存器取指令（或常數(shù)）時每個機器周期兩次()有效（即輸出2個脈沖）。但在此期間時，每當訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　D. /Vpp：內部和外部程序貯存器訪問允許端。要使CPU只訪問外部程序存貯器（地址為0000H一FFFFH），則端必須保持低電平（接到GND端）。然而要注意的是，如果

97、保密位LB1被編程，復位時在內部會鎖存端的狀態(tài).當端保持高電平(接Vcc 端)時，則CPU執(zhí)行內部程序貯存器中的程序。</p><p>　　在對Flash存貯器編程期間，該引腳也用于施加編程語序電源。</p><p>　?。?） 輸入/輸出引腳PO.0-PO.7、P1.0一P1.7、P2.0-P2.7和P3.0-P3.7</p><p>　　A. P0端口（P0.0

98、一P0.7）：P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動8位TTL輸入，對端口鎖存器寫“1”時，又可作為高阻抗輸入端用。</p><p>　　在訪問外部程序和數(shù)據(jù)時，它是分時多路轉換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，在訪問</p><p>　　期間激活了內部的上拉電阻。</p><p>　　在對Flash編程時，P0端口接收指令字節(jié)

99、;而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。</p><p>　　B. Pl端口（Pl.0-P1.7）：P1是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1的輸出可驅動〔吸收或輸出電流方式)4個TTL輸入。對端口鎖存器寫“1”時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。</p><p&g

100、t;　　C. P2端口（P2.0一P2.7）:PZ是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向1/0端口。P2的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口鎖存器寫“1”時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。</p><p>　　在訪問外部程序貯存器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存貯器（如執(zhí)行MOVX@DPRT指令）

101、時，P2口送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存貯器(如執(zhí)行MOVX@DPTR指令)時，P2口引腳上的內容（就是專用寄存器SFR區(qū)中P2寄存器的內容)，在整個訪問期間不會改變。</p><p>　　D. P3端口（P3.0-P3.7）：P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口鎖存器寫“1”時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作

102、輸入口。P3作為輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。</p><p>　　在AT89C51中，P3還用于一些特殊的功能（替代功能），這些特殊功能定義如下:</p><p>　　端口引腳 特殊功能</p><p>　　P3.0 RXD（串行口輸入）</p><p>

103、　　圖4.7 AT89C51引腳</p><p>　　P3.1 TXD（串行口輸出）</p><p>　　P3.2 （外部中斷0）</p><p>　　P3.3 （外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（定時器0的外部輸入）</

104、p><p>　　P3.5 T1（定時器1的外部輸入）</p><p>　　P3.6 （外部數(shù)據(jù)存貯器寫選通）</p><p>　　P3.7 （外部數(shù)據(jù)存貯器讀選通）</p><p>　　4.3 計時芯片的選型</p><p>　　本系統(tǒng)設計要求能夠

105、對時間進行記錄，并且單片機能讀取到程序設定的即時時刻，因此要選用一款計時芯片為系統(tǒng)提供時間的提取和記錄。在本跟蹤系統(tǒng)中，選用的是8563計時芯片。</p><p>　　8563是Philips公司推出的內含I2C總線接口功能并具有極低功耗得多功能日歷時鐘芯片。8563得多種報警功能、定時器功能、時鐘輸出功能及中斷輸出功能，能滿足各種復雜的定時服務需求，甚至可為單片機提供“看門狗”功能。內部始終電路、內部振蕩電路、

106、內部低電壓檢測電路（1.0V）及兩線制I2C總線通信方式，不但使外圍電路極其簡潔，而且也增加了芯片的可靠性。每次讀寫數(shù)據(jù)后，8563內嵌的字地址寄存器會自動產生增量，為芯片的讀寫操作提供方便。因而，8563是一款性價比極高的時鐘日歷芯片。</p><p>　　8563的內部組成包括：一個可自動產生增量的地址寄存器，一個內置的32.768kHz的振蕩器（帶有一個內部集成的電容），一個分頻器（用于給實時時鐘RTC提供

107、源時鐘），一個可編程時鐘輸出，一個定時器，一個報警器，一個掉電檢測器和一個400kHz的I2C總線接口。</p><p>　　8563有16個寄存器。16個寄存器被設計成可尋址得8位并行寄存器：兩個控制、狀態(tài)寄存器得地址是00H和01H；秒-年寄存器的地址事02H-08H；報警寄存器的地址是09H-0CH，用于定義報警條件；地址是0DH的寄存器用于控制CLKOUT引腳的輸出頻率；定時器控制寄存器的地址是0EH；定

108、時寄存器的地址是0FH。秒、分鐘、小時、日、月、年、分鐘報警、小時報警、日報警寄存器的編碼格式為BCD，星期和星期報警寄存器不以BCD格式編碼。</p><p>　　表4.1 控制/狀態(tài)寄存器1各位的定義和功能</p><p>　　表4.2 控制/狀態(tài)寄存器2各位的定義和功能</p><p>　　表4.3 秒寄存器各位的定義和功能</p><

109、;p>　　表4.4 分鐘寄存器各位的定義和功能</p><p>　　表4.5 小時寄存器各位的定義和功能</p><p>　　圖4.8 8563引腳圖</p><p>　　8563采用SO8或DIP8封裝形式，其引腳定義如圖4.8所示。</p><p>　　（1）OSCI和OSCO：振蕩器輸入輸出引腳</p><

110、;p>　　（2）：中斷信號輸出引腳</p><p>　?。?）VDD 和VSS：正電源與地</p><p>　　（4）SDA：串行數(shù)據(jù)線</p><p>　?。?）SCL：串行時鐘信號線</p><p>　　（6）CLKOUT：時鐘信號輸出引腳</p><p>　　4.4 步進電機驅動芯片的選型</p>

111、;<p>　　步進電機伺服系統(tǒng)的性能，除了與電動機本體的性能有關外，也在很大程度上取決于驅動器的優(yōu)劣。步進電機的主要構成那個如圖4.9所示，一般由環(huán)形分配器、信號處理器、推動級、功率放大器等各部分組成，用于功率步進電機的驅動器還要有多種保護電路。</p><p>　　本次設計選用的驅動芯片為A3759步進電機驅動集成電路。A3759是一種用來驅動雙極性步進電機雙繞組的單片集成電路，也可以用來雙向控制