word文檔可自由編輯本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機(jī)的太陽能跟蹤充電系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速增長，傳統(tǒng)的燃料能源正在不斷減少，同時對環(huán)境的危害越來越嚴(yán)重。太陽能是一種可再生能源，并且具有清潔、豐富等獨(dú)特優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景。但是，目前太陽能的利用率較低，制約了其發(fā)展。目前，大多數(shù)太陽能發(fā)電是采用固定式的跟蹤系統(tǒng)，無法隨著太陽的運(yùn)行進(jìn)行轉(zhuǎn)變，所以電能轉(zhuǎn)化效率較低。本設(shè)計以單片機(jī)為控制中心，采用太陽能雙軸跟蹤裝置充電，可在兩個自由度中上對太陽進(jìn)行跟蹤，有效的提高太陽能的利用率。本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，光電傳感器將采集到的光線強(qiáng)弱信息傳送到單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過分析處理后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在兩個自由度上對太陽能電池板的角度進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到太陽光雙軸跟蹤的效果，同時對充電進(jìn)行控制。采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的太陽能雙軸追蹤系統(tǒng)能有效提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率，而且實(shí)時性好，成本較低，具有較廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：單片機(jī)雙軸跟蹤太陽能充電word文檔可自由編輯DesignofTwo-axeSolarTrackingandChargingSystemBasedonMCUTanXueqing(CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)Abstract:Withtherapidgrowthofsocialeconomy,thetraditionalfuelsourcesisdecreasingquickly,andtheharmofenvironmentismoreandmoreseriousatthesametime.Solarenergyisoneoftherenewableenergy,andhastheuniqueadvantagessuchasclean,abundant,hasabroaddevelopmentprospects.Butthecurrentsolarutilizationislow,restrictingitsdevelopment.Currently,mostsolartrackingsystemisfixed,unabletoshiftasthesunrun,sotheenergyconversionefficiencyislow.Microcontrolleristhecoreofthewholesystem.Thesystemcantrackthesuninthetwodegreesoffreedom,whichcaneffectivelyimprovetheutilizationofsolarenergy.

Thissystemadoptsmicrocontrollerasnucleusandphotoelectricsensortransmitthecollectedlightinformationtothemicrocontroller.Afteranalyzingandprocessing,microcontrollerdrivetwosteppermotorsrunning,soitcanadjusttheangleofsolarpanelsonthetwodegreesoffreedom.Thissystemachievesthegoaloftwo-axistrackingsolar,andtocontrolchargingatthesametime.Bymicrocontrollertorealizetwo-axistrackingsolarsystemscaneffectivelyimprovetheconversionefficiencyofsolarenergy,andhasabroadapplicationprospectwiththeadvantagesofgoodreal-timeandlowcost.Keywords:MicrocontrollerTwo-axestrackingSolarChargingword文檔可自由編輯目錄1前言 11.1課題的研究背景和意義 11.2太陽能跟蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3本設(shè)計的主要研究內(nèi)容 22總體方案確定 32.1方案簡述 32.2光電檢測跟蹤太陽原理 33系統(tǒng)的硬件設(shè)計 43.1ATmega16單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 43.1.1ATmega16單片機(jī)的簡介及引腳功能說明 43.1.2ATmega16單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計 53.1.3ISP下載線路 73.2光強(qiáng)度檢測電路 73.2.1光敏電阻介紹和工作原理 73.2.2光強(qiáng)檢測電路 83.3A/D轉(zhuǎn)換電路 93.4時鐘電路 93.4.1DS1302時鐘芯片介紹 93.4.2時鐘電路 103.5電機(jī)驅(qū)動電路 103.5.1步進(jìn)電機(jī)的介紹 103.5.2ULN2003芯片介紹 113.5.3電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 123.6鋰電池充電電路 133.6.1太陽能充電管理專用充電芯片CN3063簡介 133.6.2鋰電池充電電路設(shè)計 133.7電源電路 143.7.1LM7805芯片簡介 143.7.2電源電路設(shè)計 154系統(tǒng)軟件設(shè)計 154.1系統(tǒng)主程序設(shè)計及工作原理 154.2太陽跟蹤算法程序設(shè)計 164.3A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 174.3DS1302時鐘程序設(shè)計 185軟硬件調(diào)試 195.1硬件調(diào)試 195.2軟件調(diào)試 195.3設(shè)計中遇到的問題及其解決辦法 206系統(tǒng)測試方法及測試數(shù)據(jù) 207結(jié)論 21參考文獻(xiàn) 22附錄 23附錄A系統(tǒng)電路圖 23附錄B程序代碼 24致謝 30畢業(yè)設(shè)計成績評定表word文檔可自由編輯1前言1.1課題的研究背景和意義全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在很大的程度上都是以石油、天然氣、煤炭等傳統(tǒng)能源的大量開發(fā)采用為代價的。從工業(yè)時代開始，到21世紀(jì)的今天，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展下，傳統(tǒng)能源越來越少，迅速地接近枯竭。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)家和科學(xué)家的普遍估計，石油儲量的綜合估算，可以支配的化石資源的極限大約為1180億噸~1510億噸，以1995年世界石油的開采量33.2億噸計算，石油儲量大約在2050年左右宣告枯竭；天然氣儲量估計131800~152900兆立方米，年開采量維持在2300兆立方米，將在57~65年內(nèi)枯竭；煤的儲量約為5600億噸，1995年煤開采量為33億噸，可以供應(yīng)169年；鈾的年開采量目前為每年6萬噸，據(jù)1993年世界能源委員會的估計可維持到21世紀(jì)30年代中期；核聚變到2050年還沒有實(shí)現(xiàn)的希望（楊園靜等，2012）。中國國民生產(chǎn)總值持續(xù)幾年高速的增長受到世人矚目，同時受到關(guān)注的還有中國能源消耗的迅速增長。據(jù)統(tǒng)計，2010年中國成為世界能源第一消耗大國，能源消耗總量為2432.2百萬噸油當(dāng)量，同比增長11.2%，占世界總能源消耗的20.3%。據(jù)統(tǒng)計，在2010年國內(nèi)一次性能源消耗結(jié)構(gòu)中，煤炭占70%，原油占18%，天然氣占4%，非石化能源（水電、核能和可再生能源）消費(fèi)比重上升到8.1%。中國煤炭比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國家，占世界煤炭消費(fèi)總量的48.2%。經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，石化能源大量使用的同時也加劇了環(huán)境的污染和危害，這種危害表現(xiàn)為大量溫室氣體排放引起全球溫度升高加劇、南極臭氧層空洞擴(kuò)大、酸雨和暴雪等極端氣候出現(xiàn)以及各種疾病的復(fù)活等。傳統(tǒng)能源的緊缺和使用傳統(tǒng)能源帶來的環(huán)境問題，迫使各國開始想對策來應(yīng)對這些問題。這時候，大家把目光投向新能源的開發(fā)和利用。太陽能的利用開始逐漸被人類重視。太陽能作為一種可再生能源，可以說取之不盡，用之不竭，在新能源利用發(fā)展中具有很多優(yōu)勢。太陽能是完全環(huán)保的能源，對環(huán)境沒有污染。太陽能的分布廣泛，在偏遠(yuǎn)地區(qū)及地理環(huán)境相對惡劣的山區(qū)、農(nóng)村等地方提供太陽能所轉(zhuǎn)化的各種能量，可以降低運(yùn)輸壓力，而且能緩解能源供應(yīng)的矛盾。太陽能是綠色無污染能源，能減少對環(huán)境的污染，符合人類可持續(xù)發(fā)展的要求。太陽能具有這么多優(yōu)點(diǎn)，開放和利用太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)化為其他可利用能源將對我們?nèi)祟惖目沙掷m(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。1.2太陽能跟蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對已經(jīng)把太陽能應(yīng)用到許多領(lǐng)域，太陽能的使用逐漸進(jìn)入人類的生活。太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一個重要領(lǐng)域。太陽能光伏發(fā)電的工作原理是利用太陽能電池板接收太陽光輻射，通過電池板的接收和電路的轉(zhuǎn)化為可以利用的電能。雖然，太陽能有很多優(yōu)點(diǎn)，但也存在太陽光的密度低、空間分布不斷變化、輻照時間間歇性等缺點(diǎn)，因此收集和利用的難度較大、成本較高。理論分析表明：太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差37.7%，因此進(jìn)行高精度的太陽跟蹤是很有必要的（楊金煥等，2008）。高精度的太陽跟蹤器可以大大提高太陽接收效率，在太陽能發(fā)電中有著重要的作用。目前太陽跟蹤的方法主要有兩種。一種是視日運(yùn)動軌跡跟蹤法，太陽相對與地球上某一點(diǎn)的位置，是可以近似計算的。視日運(yùn)動軌跡跟蹤法，是通過計算地球上某一點(diǎn)某個時刻太陽的相對位置，從而對太陽進(jìn)行跟蹤。另一種是傳感器跟蹤法。這種方法由光電轉(zhuǎn)換器根據(jù)太陽光和接收板之間的偏差產(chǎn)生一個反饋信號，經(jīng)過放大整理后，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，使得接收裝置對準(zhǔn)太陽（鄭小年等，2012）。目前國內(nèi)外常見的跟蹤裝置的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種。單軸跟蹤，電池陣列只能沿一個軸旋轉(zhuǎn)，能夠調(diào)節(jié)電池陣列方位角，使之與太陽方位角相同。這類跟蹤方式具有結(jié)構(gòu)相對簡單，控制較為容易的特點(diǎn)，比較合適在光照強(qiáng)度充足和光照比較穩(wěn)定的地區(qū)。但這類跟蹤方式存在一個缺點(diǎn),就是不能保持電池陣列平面與太陽光線始終垂直，經(jīng)常有光線和電池板有一定角度，這樣一定程度上降低了光電轉(zhuǎn)換效率，造成了能源的流失，影響了整個系統(tǒng)發(fā)電效率。雙軸跟蹤，雙軸跟蹤彌補(bǔ)了單軸跟蹤方式的不足之處，它是一種全方位的跟蹤技術(shù)。它能夠?qū)μ柕母叨冉呛头轿唤沁M(jìn)行全面跟蹤，實(shí)現(xiàn)更高的采集效率。近年來，隨著自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展與制造成本的不斷降低，實(shí)現(xiàn)對太陽方位角和高度角精確跟蹤的雙軸跟蹤技術(shù)已成為人們研究與運(yùn)用的熱點(diǎn)。1.3本設(shè)計的主要研究內(nèi)容本設(shè)計所介紹的太陽跟蹤裝置利用光電檢測方式雙軸追蹤太陽，并對鋰電池進(jìn)行充電。設(shè)計的主要工作包括:分析跟蹤原理，選擇合適的光電傳感電路。選擇合適的主控芯片，對硬件電路進(jìn)行設(shè)計。編寫軟件程序，實(shí)現(xiàn)太陽能跟蹤和充電控制等要求。設(shè)計控制方案，對步進(jìn)電動機(jī)以及驅(qū)動電路進(jìn)行設(shè)計。2總體方案確定2.1方案簡述本方案的太陽能跟蹤充電系統(tǒng)以ATmega16單片機(jī)為主控芯片，由光電檢測模塊、時鐘模塊和電機(jī)驅(qū)動模塊等組成。光電檢測模塊的傳感器部分采用光敏電阻，通過ATmega16內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號。時鐘模塊采用實(shí)時時鐘芯片DS1302。單片機(jī)對采集到的數(shù)字信號進(jìn)行處理和判斷，控制水平電機(jī)和俯仰電機(jī)運(yùn)行，對水平方向和垂直方向進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到跟蹤太陽的目標(biāo)。采用太陽能充電管理專用充電芯片CN3063對鋰電池充電。每20分鐘對太陽進(jìn)行一次跟蹤，黑夜不進(jìn)行充電。圖1為系統(tǒng)的總體框圖。光電檢測模塊光電檢測模塊電源模塊A/D轉(zhuǎn)換電機(jī)驅(qū)動電模塊太陽能充電模塊時鐘模塊ATmega16單片機(jī)模塊圖1系統(tǒng)總體框圖2.2光電檢測跟蹤太陽原理太陽的位置會因為觀測位置和觀測時間的不同而發(fā)生改變，光電檢測是本系統(tǒng)中的重要部分，下面介紹光電檢測跟蹤太陽的原理。圖2是太陽跟蹤系統(tǒng)中的光敏電阻分布圖的俯視簡圖，一共由5個光敏電阻組成。設(shè)計中為了使太陽能電池板能夠始終正對著太陽則需要四個光敏電阻對陽光強(qiáng)弱進(jìn)行檢測，這四個光敏電阻為光敏電阻1、光敏電阻2、光敏電阻3和光敏電阻4，光敏電阻間由垂直的遮光板隔開。圖中光敏電阻0用于檢測當(dāng)前是否為黑夜。光敏電阻均垂直于太陽能電池板板面安裝。其中光敏電阻1和光敏電阻2對水平方向光線進(jìn)行檢測，單片機(jī)通過計算光敏電阻1和光敏電阻2的電壓差值，判斷光強(qiáng)度較強(qiáng)的方向，控制水平步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)太陽光的水平跟蹤。光敏電阻3和光敏電阻4對太陽垂直角度的變化進(jìn)行檢測，并將檢測到的光線變化信號傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理后驅(qū)動俯仰電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電池板垂直角度的調(diào)整。圖2光敏電阻分布圖3系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1ATmega16單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.1.1ATmega16單片機(jī)的簡介及引腳功能說明ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾（郭天祥，2009）。ATmega16AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16有如下特點(diǎn)：16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C)，片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式時CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU和終止除了異步定時器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴(kuò)展Standby模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。圖3ATmega16引腳分布圖ATmega16單片機(jī)引腳分布如圖3所示。ATmega16有4個8位的雙向I/O端口PA、PB、PC、PD，他們對外對應(yīng)32個I/O引腳，每一位都可以獨(dú)立地用于邏輯信號的輸入和輸出。在5V工作電壓下，輸出高點(diǎn)平時，每個引腳可輸出達(dá)20mA的驅(qū)動電流；而輸出低電平時，每個引腳可吸收最大為40mA的電流，可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管（一般的發(fā)光二極管的驅(qū)動電流為10mA）和小型繼電器等小功率器件。AVR大部分的I/O端口都具備雙重功能（有的還有第三功能）。其中第一功能是作為數(shù)字通用I/O接口使用，而復(fù)用的功能可分別與片內(nèi)的各種不同功能的外圍接口電路組合成一些可以完成特殊功能的I/O口，如定時器、計數(shù)器、串行接口、模擬比較器、捕捉器、USART、SPI等。3.1.2ATmega16單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計ATmega16單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖4所示，圖中包括復(fù)位電路、晶振電路和AD轉(zhuǎn)換濾波電路。圖4ATmega16單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖復(fù)位電路由圖中的D1、R1、S1和C4組成，接入單片機(jī)的RESET引腳。ATmega16單片機(jī)已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計，并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時的額外時間，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時，可以設(shè)計得很簡單：直接拉一只10K的電阻到VCC即可(R1)。為了可靠，再加上一只0.1uF的電容(C5)以消除干擾、雜波。D1(1N4148)的作用有兩個：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+0.5V左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時，將R1(10K)電阻短路，讓C5快速放電，讓下一次來電時，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。當(dāng)AVR在工作時，按下S1開關(guān)時，復(fù)位引腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。實(shí)際應(yīng)用時，如果不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR芯片也能穩(wěn)定工作。晶振電路由圖中的Y1、C8、和C9組成，接入單片機(jī)的XTAL1和XTAL2的引腳。ATmega16單片機(jī)已經(jīng)內(nèi)置RC振蕩線路，可以產(chǎn)生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。在一些要求較高的場合，建議使用外部的晶振線路。實(shí)際應(yīng)用時，如果不需要太高精度的頻率，可以使用內(nèi)部RC振蕩，這部分不需要任何的外圍零件。AD轉(zhuǎn)換濾波電路由圖中的L1、C6、和C7組成。為減小AD轉(zhuǎn)換的電源干擾，ATmega16單片機(jī)芯片有獨(dú)立的AD電源供電。ATmega16單片機(jī)內(nèi)帶2.56V標(biāo)準(zhǔn)參考電壓，也可以從外面輸入?yún)⒖茧妷?，比如在外面使用TL431基準(zhǔn)電壓源。不過一般的應(yīng)用使用內(nèi)部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。實(shí)際應(yīng)用時，如果想簡化線路，可以將AVCC直接接到VCC，AREF懸空，即這部分不需要任何的外圍零件。3.1.3ISP下載線路ISP下載線路如圖5所示。P1為ISP下載接口，P1中對應(yīng)的引腳接入單片機(jī)的PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）和復(fù)位引腳。ISP下載接口不需要任何的外圍零件。由于沒有外圍零件，故PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、復(fù)位腳仍可以正常使用，不受ISP的干擾。圖5ISP下載線路3.2光強(qiáng)度檢測電路3.2.1光敏電阻介紹和工作原理光敏電阻又稱光導(dǎo)管，為純電阻元件，其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)(半導(dǎo)體材料受光照射后，其導(dǎo)電率發(fā)生變化的現(xiàn)象）。常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運(yùn)動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。半導(dǎo)體材料受到光照時會產(chǎn)生電子一空穴對，使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小，光線越強(qiáng)，阻值越低。光敏電阻是一種沒有極性的電阻器件。光敏電阻的響應(yīng)時間一般為2到50ms。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。金屬封裝的硫化鎘光敏電阻結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。光導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的表面薄層，雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴(kuò)散到內(nèi)部去，但擴(kuò)散深度有限，因此光電導(dǎo)體一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用硫狀圖案。它是在一定的掩模下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。這種硫狀電極，由于在間距很近的電極之間有可能采用大的靈敏面積，所以提高了光敏電阻的靈敏度。光敏電阻的類型按半導(dǎo)體材料分為本征型光敏電阻和摻雜型光敏電阻。后者性能穩(wěn)定，特性較好，故目前大都采用它。圖6金屬封裝的硫化鎘光敏電阻結(jié)構(gòu)圖3.2.2光強(qiáng)檢測電路本設(shè)計中的光強(qiáng)檢測電路如圖7所示。光敏電阻其內(nèi)部電阻隨光照射而變化，光度越強(qiáng)阻值越小，輸出電流越大。電路用了光敏電阻（R7-R11）與負(fù)載電阻（R2-R6）相接，再接到ATmega16單片機(jī)的輸入口PA0（ADC0）、PA1（ADC1）、PA2（ADC2）、PA3（ADC3）和PA4（ADC4）進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其中光敏電阻R7用于檢測當(dāng)前的太陽光強(qiáng)是否足夠，若光強(qiáng)小于某個值，系統(tǒng)就不進(jìn)行跟蹤。光敏電阻R8、R9、R10和R11用于檢測太陽能板是否對準(zhǔn)太陽。當(dāng)平板對準(zhǔn)了太陽后，對稱的兩個光敏電阻的光照強(qiáng)度就會相同，即R8和R9的光強(qiáng)相同，R10和R11的光強(qiáng)相同。當(dāng)平板沒有對正太陽時對稱的兩個光敏電阻的光照強(qiáng)度就會不一樣，則流過電阻的電流就會不相同，這樣獲取的電壓值也不相同。R8和R9用于對垂直方向的太陽光進(jìn)行追蹤，R10和R11用于對水平方向的太陽光進(jìn)行追蹤。圖7光強(qiáng)度檢測電路3.3A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換模塊使用ATmega16內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器，ADC具有專門的時鐘。這樣可以在ADC工作的時候停止CPU和I/O時鐘以降低數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲，從而提高ADC轉(zhuǎn)換精度（王衛(wèi)星，2009）。ATmega16單片機(jī)有一個10位的逐次逼近型ADC。ADC與一個8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自端口A的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以0V(GND)為基準(zhǔn)。器件還支持16路差分電壓輸入組合。兩路差分輸入(ADC1、ADC0與ADC3、ADC2)有可編程增益級，在A/D轉(zhuǎn)換前給差分輸入電壓提供0dB(1x)、20dB(10x)或46dB(200x)的放大級。七路差分模擬輸入通道共享一個通用負(fù)端(ADC1),而其他任何ADC輸入可作為正輸入端。如果使用1x或10x增益，可得到8位分辨率。如果使用200x增益，可得到7位分辨率。ADC包括一個采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過程中輸入到ADC的電壓保持恒定。ADC由AVCC引腳單獨(dú)提供電源。AVCC與VCC之間的偏差不能超過±0.3V。標(biāo)稱值為2.56V的基準(zhǔn)電壓，以及AVCC，都位于器件之內(nèi)?；鶞?zhǔn)電壓可以通過在AREF引腳上加一個電容進(jìn)行解耦，以更好地抑制噪聲。3.4時鐘電路3.4.1DS1302時鐘芯片介紹DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.5～5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。DS1302芯片的引腳分布如圖8所示。圖8

DS1302的引腳分布圖3.4.2時鐘電路時鐘電路原理圖如圖8所示，DS1302與單片機(jī)的連接需要3條線：CE引腳、SCLK串行時鐘引腳、I/O串行數(shù)據(jù)引腳。本設(shè)計中，CE引腳與單片機(jī)PD5腳相連，SCLK引腳與單片機(jī)PD4腳相連，I/O引腳與單片機(jī)PD5腳相連。VCC2接5V電源，芯片外接32.768kHz晶振，為芯片提供計時脈沖。圖9時鐘電路圖3.5電機(jī)驅(qū)動電路3.5.1步進(jìn)電機(jī)的介紹步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移或直接位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)可以直接用數(shù)字信號驅(qū)動，使用非常方便，一般電動機(jī)都是連續(xù)移動的，而步進(jìn)電機(jī)則有電動機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)分為三類：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般1.8度，而五相步進(jìn)角一般為0.72度，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型是四相八拍電機(jī)，實(shí)物圖如圖10所示，輸入電壓為DC5V-DC12V。當(dāng)對步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A），雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。圖10步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相八拍電機(jī)3.5.2ULN2003芯片介紹電機(jī)驅(qū)動需要較高的電壓和電流，一般需要根據(jù)電機(jī)的具體參數(shù)設(shè)計合適的驅(qū)動電路。目前市場上有很多性能優(yōu)良的電機(jī)專用驅(qū)動芯片，本設(shè)計采用電機(jī)驅(qū)動芯片ULN2003用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制。ULN2003是耐高壓、大電流達(dá)林頓系列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下：ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7KΩ的基極電阻，在5V的工作電壓下他能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA,并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.5.3電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計電機(jī)驅(qū)動電路圖如圖12所示。圖中U3為ULN2003芯片，芯片的IN1腳接入單片機(jī)的PB0腳，IN2腳接入單片機(jī)的PB1腳，IN3腳接入單片機(jī)的PB2腳，IN4腳接入單片機(jī)的PB3腳。J2為排針，與步進(jìn)電機(jī)相連。圖12電機(jī)驅(qū)動電路3.6鋰電池充電電路3.6.1太陽能充電管理專用充電芯片CN3063簡介CN3063是可以用太陽能電池供電的單節(jié)鋰電池充電管理芯片。該器件內(nèi)部包括功率晶體管，應(yīng)用時不需要外部的電流檢測電阻和阻流二極管。內(nèi)部的8位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動調(diào)整充電電流，用戶不需要考慮最壞情況，可最大限度地利用輸入電壓源的電流輸出能力，非常適合利用太陽能電池等電流輸出能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應(yīng)用。CN3063只需要極少的外圍元器件，并且符合USB總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。熱調(diào)制電路可以在器件的功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高的時候?qū)⑿酒瑴囟瓤刂圃诎踩秶鷥?nèi)。內(nèi)部固定的恒壓充電電壓為4.2V，也可以通過一個外部的電阻調(diào)節(jié)。充電電流通過一個外部電阻設(shè)置。當(dāng)輸入電壓掉電時，CN3063自動進(jìn)入低功耗的睡眠模式，此時電池的電流消耗小于3微安。其它功能包括輸入電壓過低鎖存，自動再充電，電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài)/充電結(jié)束狀態(tài)指示等功能。CN3063采用散熱增強(qiáng)型的8管腳小外形封裝(SOP8)，CN3063的引腳分布如圖13所示。圖13CN3063的引腳分布圖3.6.2鋰電池充電電路設(shè)計鋰電池充電電路如圖14所示。U6為CN3063芯片，D3為紅色的LED，D3亮表示正在充電，D4為綠色的LED，D4亮表示充電完成。J3是排針，與太陽能電池板的正負(fù)極相連，VCC2代表太陽能電池板的正極，GND2表示太陽能板的負(fù)極。J5是排陣，與鋰電池進(jìn)行相連，BAT連接鋰電池的正極，J5中的GND2連接鋰電池的負(fù)極，即太陽能板的地和鋰電池的地連接在一起。圖14鋰電池充電電路圖3.7電源電路3.7.1LM7805芯片簡介LM78XX系列是三端1.5A電源穩(wěn)壓電路，其封裝形式為TO-220。它有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)得保護(hù)，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于1.5A的輸出電流。雖然是按照固定電壓值來設(shè)計的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷螅湍塬@得各種不同的電壓和電流。LM7805引腳圖如圖15所示。1腳為輸入引腳，3腳為輸出引腳，2腳接地。LM7805特點(diǎn)如下：最大輸出電流為1.5A；輸出電壓為5V；熱過載保護(hù)；短路保護(hù)；輸出晶體管安全工作區(qū)保護(hù)。圖15LM7805引腳圖3.7.2電源電路設(shè)計電源電路如圖16所示。電源電路輸出VCC為5V，為單片機(jī)電路、光強(qiáng)檢測電路和電機(jī)驅(qū)動等模塊供電。U2為7805芯片，J1為排陣連接輸入電壓，根據(jù)要求輸入電壓應(yīng)大于7V，本設(shè)計取12V。圖16電源電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計及工作原理本系統(tǒng)的軟件程序部分使用了ATmega16單片機(jī)的PA0-PA4端口對光敏電阻的電壓值進(jìn)行采集，用PB0-PB7端口對兩個步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，用PD4-PD6口獲取實(shí)時時鐘數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計程序流程圖如圖17所示。首先，對單片機(jī)的端口進(jìn)行初始化，將相關(guān)引腳設(shè)置為相應(yīng)的輸出或者輸入，初始化相關(guān)的芯片。啟動A/D轉(zhuǎn)換，獲取光敏電阻的電壓值U0、U1、U2、U3和U4。然后，對U0進(jìn)行判斷，如果U0小于設(shè)定值，則認(rèn)為目前的光強(qiáng)太弱不適合跟蹤充電，繼續(xù)獲取光敏電阻的電壓值。如果U0大于設(shè)定值，開啟鋰電池充電，讀取DS1302的分鐘值，對分鐘值進(jìn)行判斷，如果分鐘值為20的整數(shù)倍，則根據(jù)太陽跟蹤算法對太陽進(jìn)行跟蹤（太陽能跟蹤算法的程序設(shè)計在后面進(jìn)行介紹），調(diào)整太陽能電池板，使電池板能夠正對太陽光。如果分鐘值不是20的整數(shù)倍，則不對太陽光進(jìn)行跟蹤，繼續(xù)獲取光敏電阻的電壓值。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程基本如上所述，實(shí)現(xiàn)了在陰雨天氣和黑夜不對太陽進(jìn)行跟蹤，和在陽光充足的情況下每隔20分鐘對太陽光進(jìn)行一次跟蹤。開始開始初始化U0>設(shè)定值？讀取U0、U1、U2、U3、U4值讀取DS1302的分鐘值時鐘是否為20分整？否是否是根據(jù)光敏電阻的電壓值，進(jìn)行太陽跟蹤鋰電池充電圖17系統(tǒng)軟件程序流程圖4.2太陽跟蹤算法程序設(shè)計太陽跟蹤算法程序是本系統(tǒng)跟蹤太陽的主要程序，主要是對A/D轉(zhuǎn)換后的光敏電阻輸出的信號進(jìn)行處理，驅(qū)動兩個步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到使太陽能板正對太陽的目的。太陽跟蹤算法程序流程圖如圖18所示。首先，讀取4個光敏電阻的電壓值，即U1、U2、U3和U4。計算U1減去U2的絕對值，如果這個絕對值小于設(shè)定值，則認(rèn)為此方向上正對太陽，電機(jī)1不轉(zhuǎn)動。如果絕對值大于設(shè)定值，接著判斷U1是否大于U2，若是，則讓步進(jìn)電機(jī)1正轉(zhuǎn)一個角度；若否，則讓步進(jìn)電機(jī)1反轉(zhuǎn)一個角度。對于另一個方向的跟蹤，則通過U3和U4的值進(jìn)行處理，處理過程與U1和U2的相同。程序通過不停地獲取光敏電阻的電壓值，并對電壓值進(jìn)行處理和判斷，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)對太陽光進(jìn)行跟蹤。開始開始|U1-U2|<設(shè)定值?讀取U1、U2、U3、U4值U1>U2？否是否是步進(jìn)電機(jī)2正轉(zhuǎn)一個角度是步進(jìn)電機(jī)1反轉(zhuǎn)一個角度U3>U4？步進(jìn)電機(jī)1正轉(zhuǎn)一個角度步進(jìn)電機(jī)2反轉(zhuǎn)一個角度否否是|U3–U4|<設(shè)定值?圖18太陽跟蹤算法流程圖4.3A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計本系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換采用ATmega16的內(nèi)部的一個10位的逐次逼近型ADC。本設(shè)計使用單片機(jī)的端口A的前5路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。模擬輸入通道和差分增益可以通過寫ADMUX寄存器的MUX位來選擇。通過設(shè)置ADCSRA寄存器的ADEN即可啟動ADC。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果為10位，存放于ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH和ADCL中。本設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖19所示。 首先，對PA0到PA4這5個轉(zhuǎn)換端口進(jìn)行初始化，將這幾個端口設(shè)置為輸入端口。然后寫ADC多工選擇寄存器ADMUX，指定要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的端口和選擇參考電壓，本設(shè)計指定的轉(zhuǎn)換端口為PA0~PA4，參考電壓選擇外部的參考電壓。接著寫ADC控制和狀態(tài)寄存器ADCSRA，啟動A/D轉(zhuǎn)換。等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀取ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH和ADCL中存放的數(shù)據(jù)。把轉(zhuǎn)換端口設(shè)置為輸入把轉(zhuǎn)換端口設(shè)置為輸入寫ADMUX寄存器，設(shè)置指定的通道，采用外部參考電壓寫ADCSRA寄存器，啟動轉(zhuǎn)換等待轉(zhuǎn)換結(jié)束讀取數(shù)據(jù)開始圖19A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖4.3DS1302時鐘程序設(shè)計DS1302與單片機(jī)的連接需要三條線：CE引腳、SCLK串行時鐘引腳和I/O串行數(shù)據(jù)引腳。本設(shè)計中，CE引腳與單片機(jī)PD5腳相連，SCLK引腳與單片機(jī)PD4腳相連，I/O引腳與單片機(jī)PD5腳相連。圖20為DS1302驅(qū)動程序流程圖。首先，對相關(guān)引腳進(jìn)行初始化，把單片機(jī)的PD4、PD5和PD6引腳設(shè)置為輸出。把CE（PD5）設(shè)置為高電平，啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸。對于數(shù)據(jù)輸入，開始的8個SCLK周期，輸入寫命令字節(jié)，數(shù)據(jù)字節(jié)在后8個SCLK周期的上升沿輸入。對于數(shù)據(jù)輸出，開始的8個SCLK周期，輸入讀命令字節(jié)，數(shù)據(jù)字節(jié)在后8個SCLK周期的下降沿輸出。把CE（PD5）設(shè)置為低電平，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。開始開始設(shè)置CE為高在上升沿按位傳輸?shù)刂纷肿x取或?qū)懭胂鄳?yīng)地址的數(shù)據(jù)設(shè)置CE為低結(jié)束圖20DS1302驅(qū)動程序流程圖5軟硬件調(diào)試5.1硬件調(diào)試本設(shè)計的硬件調(diào)試較為簡單。首先，對電路進(jìn)行檢查，檢查電路的連線是否正確，用萬用電表檢查有沒有短路的情況，檢查是否有虛焊的現(xiàn)象。把所有的芯片安裝到對應(yīng)的插座上，用萬用電表檢查元器件引腳之間有沒有短路、接觸不良等現(xiàn)象。確定整個電路沒有短路情況之后，對硬件電路進(jìn)行供電。用萬用電表測量單片機(jī)的供電電壓是否正常。寫一個簡單的程序，比如是點(diǎn)亮一盞LED，測試單片機(jī)是否能正常工作。5.2軟件調(diào)試由于對ATmega16單片機(jī)的使用不是很熟悉，所以一開始部分程序的調(diào)試都在開發(fā)板上進(jìn)行驗證。軟件調(diào)試是通過對用戶程序的編譯、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除的過程。在寫程序之前，先學(xué)習(xí)ATmaga16單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換的使用方法、DS1302芯片的時序要求和有關(guān)芯片相關(guān)的指令后，編寫各個部分的程序流程圖，然后開始編程。首先，對AD轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)試，編寫相應(yīng)的代碼，讓開發(fā)板上的數(shù)碼管顯示光敏電阻光電轉(zhuǎn)換后的電壓值，對光敏電阻進(jìn)行光線的阻擋，看看對應(yīng)的顯示值是否發(fā)生變化，以此判斷AD轉(zhuǎn)換的程序是否正確。然后，對ULN2003驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行檢驗，按照步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動步驟，編寫相應(yīng)的程序，程序中利用鍵盤來調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過步進(jìn)電機(jī)的反應(yīng)，判斷驅(qū)動程序的正確性。再對DS1302的實(shí)時時鐘程序進(jìn)行編寫，根據(jù)芯片的資料和時序要求，編寫程序，在開發(fā)板的數(shù)碼管上顯示當(dāng)前時鐘。最后，結(jié)合部分程序，編寫總程序，把程序下載到自己焊接的電路板上，看結(jié)果是否正確，再慢慢對程序進(jìn)行相應(yīng)的修改。5.3設(shè)計中遇到的問題及其解決辦法做任何事都不會是一帆風(fēng)順的。在電路的設(shè)計和程序的編寫當(dāng)中，遇到困難是理所當(dāng)然的，最重要的是要想辦法解決問題。由于沒有使用ATmega16單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換功能的經(jīng)驗，所以，我找了一個參考程序，然后進(jìn)行自己的改編。編寫的程序在開發(fā)板上運(yùn)行的時候是沒有問題的，可是程序在我自己焊接的電路板上運(yùn)行就出現(xiàn)了問題，經(jīng)過多次測試，我發(fā)現(xiàn)是A/D轉(zhuǎn)換沒有完成。這個時候，我才查看了單片機(jī)中使用A/D轉(zhuǎn)換的一些要求。編寫ULN2003驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的程序，在開發(fā)板上運(yùn)行正確，但在自己焊接的板子上電機(jī)不運(yùn)行，我對硬件進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)有一根線要連上VCC，可是沒有接上，于是我把線焊接好。線焊接好再測試，步進(jìn)電機(jī)可以運(yùn)行。但是，我發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行不正確，在正轉(zhuǎn)時正常，可是反轉(zhuǎn)時會來回轉(zhuǎn)動。我上網(wǎng)查找這種情形的解決辦法，但是都解決不了我的問題。后來，我對程序的一個判斷語句進(jìn)行了改動，問題就解決了。由于語句的邏輯錯誤導(dǎo)致了這個問題，我會好好記住這個錯誤。對DS1302進(jìn)行測試的時候，我改了很多遍程序，數(shù)碼管都沒有顯示正確的時間。后來，我又對DS1302的硬件電路進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)沒有問題。那就一定是程序的問題，我多次看芯片的使用手冊，都沒發(fā)現(xiàn)錯誤的原因。最后，我發(fā)現(xiàn)原來我沒對端口進(jìn)行初始化，當(dāng)加上端口初始化語句之后，正確的結(jié)果就出來了。這個問題又讓我好好的上了一課。6系統(tǒng)測試方法及測試數(shù)據(jù)通過不同情況下的實(shí)驗對本系統(tǒng)進(jìn)行測試。實(shí)驗數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)驗1：在晴天的條件下，不進(jìn)行太陽跟蹤，對一節(jié)鋰電池進(jìn)行太陽能充電，記錄充電的時間。實(shí)驗2：在晴天的條件下，系統(tǒng)進(jìn)行太陽跟蹤，對一節(jié)鋰電池進(jìn)行太陽能充電，記錄充電的時間。實(shí)驗設(shè)備及參數(shù)：基于單片機(jī)的太陽能跟蹤裝置太陽能電池板（輸出電壓5V輸出電流240MA）鋰電池（電池容量1100MA）。表1實(shí)驗數(shù)據(jù)實(shí)驗次數(shù)實(shí)驗1充電時間/小時實(shí)驗2充電時間/小時16.65.326.04.936.85.47結(jié)論本太陽能自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計采取了傳統(tǒng)的硬件和軟件相結(jié)合的開發(fā)方法，使用了ATmega16單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制處理中心，而ATmega16單片機(jī)具有硬件設(shè)計方便，資源豐富，程序指令快速簡單，驅(qū)動能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以保證了該系統(tǒng)反應(yīng)的快速性和靈敏性。這次設(shè)計的太陽能自動跟蹤系統(tǒng)在軟件設(shè)計上較為巧妙，每隔20分鐘跟蹤調(diào)整一次，這樣就可以大大降低系統(tǒng)的能耗。除此之外，在陰天和黑夜這些太陽光強(qiáng)不足的條件下，系統(tǒng)也不進(jìn)行太陽跟蹤。所以，本次設(shè)計的太陽能自動跟蹤系統(tǒng)比較理想化、個性化，充分考慮到了各種各樣的情況，以保證系統(tǒng)整體方面的優(yōu)良。當(dāng)然，此次設(shè)計的系統(tǒng)也存在很多的不足之處，比如程序算法的設(shè)計不太完善，跟蹤的精度不夠高等，還有一些未發(fā)現(xiàn)的瑕疵之處，都需要在調(diào)試和實(shí)踐之后進(jìn)行許多的改進(jìn)。最后，本太陽能自動跟蹤系統(tǒng)基本能滿足設(shè)計的要求，各個模塊電路也都運(yùn)行正常，但是由于知識和水平的有限，在機(jī)械設(shè)計部分知識的欠缺，使得本系統(tǒng)在這方面有很大的不足。如果此系統(tǒng)能夠在機(jī)械設(shè)計上有較多改進(jìn)，能夠加上顯示模塊的話，相信本系統(tǒng)將會有很大的改進(jìn)，在性能上會有很大的提高。參考文獻(xiàn)郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：32–40.王衛(wèi)星.單片機(jī)原理與應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2009：4–14.楊金煥，于化叢，葛亮.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：55–184.楊園靜，李雷，楊貴良，等.中國能源[J].文山學(xué)院學(xué)報，2012，25（3）：92–96.鄭小年，黃巧燕.太陽能跟蹤方法及應(yīng)用[J].能源技術(shù)，2012，24（4）：145–151.附錄附錄A系統(tǒng)電路圖

附錄B程序代碼/*******************************************函數(shù)名稱:Mega16_ad功能:對指定的通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù):chl--指定的通道（本開發(fā)板只用了通道0）返回值:addata--10位數(shù)據(jù)輸出/********************************************/uintMega16_ad(ucharchl){uintaddata;DDRA&=~(BIT(PA0)|BIT(PA1)|BIT(PA2)|BIT(PA3)|BIT(PA4)); //轉(zhuǎn)換口設(shè)置為輸入、無上拉PORTA&=~(BIT(PA0)|BIT(PA1)|BIT(PA2)|BIT(PA3)|BIT(PA4)); ADMUX=0XC0; //采用外部參考電壓，輸出數(shù)據(jù)右對齊ADMUX|=chl; //設(shè)置指定的通道ADCSR=0x80; //采用單次轉(zhuǎn)換，查詢模式，2分頻ADCSR|=BIT(ADSC); //啟動轉(zhuǎn)換while(!(ADCSR&(BIT(ADIF))));//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束addata=ADCL; //讀取低8位數(shù)據(jù)addata+=ADCH*256; //讀取高2位數(shù)據(jù)returnaddata; //返回10位數(shù)據(jù)}/********************************************************//*/*步進(jìn)電機(jī)1正轉(zhuǎn)PB4~PB7/*/********************************************************/voidmotor_ffw1(){uchari;uintj;for(j=0;j<12;j++)//轉(zhuǎn)1*n圈{for(i=0;i<8;i++)//一個周期轉(zhuǎn)30度{PORTB=FFW1[i];//取數(shù)據(jù)Delayms(30);//調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速}}}/********************************************************//*/*步進(jìn)電機(jī)1反轉(zhuǎn)/*/********************************************************/voidmotor_rev1(){uchari; uintj; for(j=0;j<12;j++)//轉(zhuǎn)1×n圈{for(i=0;i<8;i++)//一個周期轉(zhuǎn)30度{PORTB=REV1[i];//取數(shù)據(jù)Delayms(30);//調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速}}}/********************************************************//*/*步進(jìn)電機(jī)2正轉(zhuǎn)PB0~PB3/*/********************************************************/voidmotor_ffw2(){uchari;uintj;for(j=0;j<12;j++)//轉(zhuǎn)1*n圈{for(i=0;