光源自动跟踪系统设计系统建模

光伏发电光源跟踪控制系统设计摘要：本系统设计方案是基于单片机完成的, 该设计使用光敏三极管来检视太阳光源的位置，并将信号传输给单片机，经过单片机的操作和处理来将光源位置传输同步给步进电机，步进电机将驱动太阳能电池板与太阳光源垂直，使其跟随光源运动。

同时将光敏传感器检测的信号显示在液晶屏幕上。

关键词：光源；单片机；传感器1、引言由于现代社会新能源的发展较为缓慢，新能源呼声成为当前科学家研究的出发点，如太阳能和风能。

而其中太阳能源最能引起科学家的研究和利用，太阳能光源的可再生能源就成为许多科学家注意力和研究的焦点。

光作为地球上一种可再生的新型能源，相比其他能源，其主要特点是环保清洁，但是由于太阳照射在地球上有着分布不均，随着时间的变化光照强度会产生变化等特点，就会导致大部分的设备对光的利用率大大降低，我们所能利用的仅仅是其中的一小部分。

因此，光源跟踪可以自动且不需要让人为干预的跟踪太阳的位置，加强了对光的利用。

2、电源电路电源电路是整个系统最不可或缺的，其设备需要依靠电源才得以工作，在电源的选择上，三端集成稳压器件由简单的稳压电源组成，性能稳定，工作可靠，调节方便，已逐步取代分立元件，广泛应用于生产中。

本文介绍了一个用AT89C51单片机控制的输出为±5V直流电压的7805三端集成稳压电源电路，并给出了主要器件的型号及参数。

该稳压电源适用于各种电子设备的供电。

由于它是一个小系统，我们使TRAN-2P2S电源供电+5V稳压电压。

3、液晶显示电路液晶显示电路采用LCD1602，是目前使用最多的液晶显示器之一。

它是由字符型液晶显示屏。

显示单元和控制电路组成的一个有机整体。

由于该装置采用了独特的技术，所以具有体积小，重量轻，功耗低，寿命长，可靠性高等特点。

本文对该电路作一些介绍。

控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，它的内部元件有很少的电阻分部，而在主板上却构成电容元件、电阻等元件。

点光源跟踪系统设计报告设计题目一、任务设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，系统示意图如图1所示。

光源B使用单只1W白光LED，固定在一支架上。

LED的电流能够在150～350mA的范围内调节。

初始状态下光源中心线与支架间的夹角θ约为60º，光源距地面高约100cm，支架可以用手动方式沿着以A为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于±45º的范围内移动，也可以沿直线LM移动。

在光源后3 cm距离内、光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60cm暗色纸板。

光源跟踪系统A放置在地面，通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置，并以激光笔指示光源的位置。

图1 光源跟踪系统示意图二、要求1．基本要求（1）光源跟踪系统中的指向激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点光源；（2）将激光笔光点调偏离点光源中心30cm时，激光笔能够尽快指向点光源；（3）在激光笔基本对准光源时，以A为圆心，将光源支架沿着圆周缓慢（10~15秒内）平稳移动20º（约60cm），激光笔能够连续跟踪指向LED点光源；2．发挥部分（1）在激光笔基本对准光源时，将光源支架沿着直线LM平稳缓慢（15秒内）移动60cm，激光笔能够连续跟踪指向光源。

（2）将光源支架旋转一个角度β（≤20º），激光笔能够迅速指向光源。

（3）光源跟踪系统检测光源具有自适应性，改变点光源的亮度时（LED驱动电流变化±50mA），能够实现发挥部分（1）的内容；（4）其他。

三、说明1．作为光源的LED的电流应该能够调整并可测量；2．测试现场为正常室内光照，跟踪系统A不正对直射阳光和强光源；3．系统测光部件应该包含在光源跟踪系统A中；4．光源跟踪系统在寻找跟踪点光源的过程中，不得人为干预光源跟踪系统的工作；5．除发挥部分（3）项目外，点光源的电流应为300±15 m A；6．在进行发挥部分（3）项测试时，不得改变光源跟踪系统的电路参数或工作模式；四、评分标准设计报告项目分数系统方案 2 理论分析与计算8 电路与程序设计9 测试方案与测试结果8 设计报告结构及规范性 3小计30基本要求完成第（1）项10 完成第（2）项20 完成第（3）项20小计50发挥部分完成第（1）项15 完成第（2）项15 完成第（3）项15 其他 5小计50总分130设计总方案一：系统概述本设计是一个点光源追踪系统，主要由传感器来对光照检测与处理，控制器分析与处理，执行机构运行和模块显示这几个部分构成。

点光源跟踪系统组员：王立冬卢晓文许甲海摘要：本文设计的是一个点光源跟踪系统，主要由光敏三极管的照度检测与处理，控制器分析与处理，执行机构运行和液晶显示模块这几个部分构成。

整个系统是以LM3S1138为控制核心，通过八个个光敏三极管来检测光照，依据光照度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度，以达到跟踪光源的效果。

关键词：点光源定位，二维运动分析，LM3S1138一、系统方案设计与论证1.主控芯片根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案：方案一：MSP430系列单片机。

16位低功耗单片机，性能良好。

方案二：Cortex-M3系列。

具有32位处理器内核的高性能处理器，具有强大的控制、处理能力，丰富的外围模块，稳定的系统，提供方便高效的开发环境。

本系统选取Cortex-M3系列的LM3S1138作为控制器，LM3S1138支持低功耗模式，性能稳定，内置嵌套向量中断控制器，在控制、处理数据速度上有优势，并含有丰富的外围模块，所以选择方案二。

2.传感器的选择本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案：方案一：光敏电阻。

从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。

方案二：硅光电池。

硅光电池是一种直接把光能转换为电能的半导体器件，根据硅光电池光照强度曲线特性可知，硅光电池的开路电压或短路电流与光强成很好的线性关系。

方案三：光敏二极管。

光敏二极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。

方案四：光敏三极管。

原理与光敏二极管相同，但是与光敏二极管相比，它具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度，因此传感器选择方案四。

3.电机的选择电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：方案一：步进电机。

题目光源自动跟踪系统组别第三组姓名农世安、黄勇深、廖晓系（院）信息工程系班级 11应用电子（3+2）指导教师龙祖连、倪杰、张存吉二O一二年九月三日光源自动跟踪系统要摘本设计以TI公司提供的16位超低功耗、高性能嵌入式微控制器MSP430为核心设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统。

循迹小车沿半径r =80cm的半圆黑色循迹线（线宽20mm）自C点运动到D点，在D点停留5S后关掉LED灯并自动返回C点，表示一天周期的结束。

放置在地面的光源跟踪系统，通过运用光敏器件的检测、传感器、AT89S52单片机的强大功能及相关外围电路设计产生控制信号传递给步进电机，使步进电机带动激光笔进行左、右等方向进行光源的实时检测及精确的跟踪。

本文着重讨论电机控制与光源检测定位方法。

关键字光源检测及跟踪光敏器件步进电机目录一、引言 (4)任务与要求 (4)二、方案的选择与论证 (5)1、微控制器模块的选择与论证 (6)2、光敏元器件的选择与论证 (7)3、电机的选择与论证 (8)4、电机驱动模块的选择与论证 (9)5、显示模块的选择与论证 (9)6、方案确认 (10)7、方案论证 (10)三、系统总体设置 (11)1、系统硬件流程图 (11)2、系统软件流程图 (12)四、系统单元设计 (14)1、单片机最小系统 (14)2、电源电路 (15)3、黑白线检测模块 (16)4、电机驱动模块 (16)五、系统总体测试 (17)六、总结 (17)一、引言.任务与要求：设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的模拟光伏发电太阳光自动跟踪系统，系统示意图如图1所示。

光源B使用单只1W白光LED（不得使用任何聚光装置），固定在一可调速循迹小车上，循迹小车沿半径r =80cm 的半圆黑色循迹线（线宽20mm）自C点运动到D点，在D 点停留5S后关掉LED灯并自动返回C点，表示一天周期的结束。

循迹小车的速度以自C点运动到D点的时间为20~50S 可调节。

指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院综合设计报告设计题目：基于单片机的光源自适应控制系统设计单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：专业：自动化班级：学号：指导教师：蒋建春设计时间： 2012 年 10 月重庆邮电学院自动化学院制摘要本设计给出了一种基于单片机的点光源自动跟踪系统设计方案, 该设计使用TI公司的超低功耗的AT89C52单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。

利用8路光敏电阻来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大后进行AD转换，将转换的结果传给控制器AT89C52单片机，经过过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号控制两台步进电机，使其跟随点光源运动。

本设计可以扩展为以后的太阳能发电的自动跟踪系统。

该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。

关键词：AT89C52单片机，光源，自动跟踪，传感器目录摘要............................................... 错误！未定义书签。

目录. (3)一设计题目 (4)1.1 基于单片机的光源自适应控制系统设计 (4)1.2 设计要求 (4)二设计报告正文 (5)2.1 设计方案总体方向的选择 (5)2.1.1 系统方案的拟定 (5)2.1.2 方案选择 (5)2.2 硬件电路的设计 (6)2.2.1 A/D转换模块 (6)2.2.2 步进电机模块 (9)2.2.3 电机驱动模块 (11)2.2.4 检测模块 (13)2.2.5 单片机模块 (14)2.3 系统软件设计 (18)三总体调试 (19)3.1 总体调试 (19)3.2 问题及解决方案 (19)3.2.1 通道比较阀值的设置 (19)3.2.2 电机的防抖 (19)四设计总结 (20)五参考文献 (21)六附录 (22)一、设计题目1.1基于单片机的光源自适应控制系统设计设计一控制系统，假设有一个太阳能电池板，为了使电池板最大限度的接受光照强度，通过控制器调节电池板的角度使电池板始终正对光线。

光源自动跟踪系统自控原理课程设计一、前言光源自动跟踪系统是指利用光敏元件感知光线方向和光强，并通过自控原理去控制光源的方向和角度，以保证光源始终朝向目标，从而提高光能利用效率。

在现代节能环保理念的引领下，光源自动跟踪系统的研究与应用备受重视。

本课程设计立足于自控原理，旨在通过深入的理论研究和系统实践，培养学生动手能力和解决实际问题的能力，为学生今后的工程实践打下坚实基础。

二、课程设计目标1. 了解光源自动跟踪系统的基本原理和实现方式；2. 掌握自控原理在光源自动跟踪系统中的应用；3. 进行光源自动跟踪系统的设计与实现；4. 提高学生的动手能力和实际问题解决能力。

三、课程设计内容1. 光源自动跟踪系统的原理及相关知识介绍1.1 光敏元件的工作原理1.2 光源的自动定位与跟踪1.3 控制系统的设计与实现2. 自控原理在光源自动跟踪系统中的应用2.1 PID控制器在光源自动跟踪系统中的应用2.2 虚拟仪器软件的使用3. 光源自动跟踪系统的设计与实现3.1 选择合适的光敏元件3.2 搭建实验评台3.3 调试控制系统4. 实际案例分析4.1 光伏发电系统中的光源自动跟踪技术4.2 植物生长灯中的光源自动跟踪技术四、课程设计步骤1. 第一阶段：理论学习1.1 学生通过课堂教学和自主学习，掌握光源自动跟踪系统的原理及相关知识；1.2 学生学习自控原理在光源自动跟踪系统中的应用，了解PID控制器的基本原理和实现方法；1.3 学生熟悉虚拟仪器软件的基本操作和功能，为实验做好准备。

2. 第二阶段：实验设计2.1 学生在老师的指导下，选择合适的光敏元件，并设计光源自动跟踪系统的整体结构；2.2 学生搭建实验评台，完成光源自动跟踪系统的硬件部分搭建；2.3 学生根据课程要求，编写控制系统的程序，并进行调试。

3. 第三阶段：实验实施3.1 学生进行光源自动跟踪系统的实验实施，并记录实验数据；3.2 学生通过实验数据的分析，对光源自动跟踪系统的性能进行评估；3.3 学生在老师的指导下，完成实验报告的撰写。

点光源跟踪系统摘要：本设计制作了一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，通过让四个方向上的光敏三极管采集光强程度，经过比较给超低功耗MSP430单片机光源位置信息，经单片机控制直流电机驱动芯片L298改变两个垂直方向上的直流电机转向及转速，从而控制激光笔指向。

而大功率白炽灯由恒流源电路驱动，并可以通过改变输入电压改变恒流源的电流大小。

经验证，该设计完成了全部基础功能及部分发挥功能。

关键词：恒流源，光感元件，直流电机，单片机控制一系统设计方案论证下面就光源部分的选择和系统控制等关键模块的设计方案进行讨论与分析1.1方案论证与选择1.1.1光源信号采集方案一：采用光敏电阻，光敏电阻结构简单，敏感度高，稳定性高且体积小；但光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，响应时间太长，温度特性较差。

方案二：可选用光电二极管，利用PN结受光照射产生正向电压的原理作为感光器件，由于光敏二极管的光照特性是线性的，适合检测光源特性，另外它还具有响应速度快，较高的灵敏度，良好的温度稳定性和低工作电压等优点；但输出电流太小。

方案三：选用光电三极管，它通频带较宽，性能不如光电二极管稳定，但灵敏度高，响应速度快，本设计选用光电三极管。

1.1.2光源信号处理先对光电三极管采集到的小电流信号进行放大处理，对上下和左右信号分别比较送入单片机进行AD转换及数据处理。

1.1.3直流电机及驱动使用L298电机驱动电路对电机进行驱动。

方案一：通过控制步进电机转动控制激光笔转动方向，步进电机是一种将电脉冲转化为不连续的机械运动的机电装置。

当施加适当的电脉冲指令时，电机转子的出轴或外转子将会以不连续的步进增量旋转。

所加脉冲的顺序直接决定着电机转轴旋转的方向。

电机转轴旋转的速度取决于所加脉冲的频率，而旋转的角度或者圈数和所加的脉冲数成正比。

方案二：选用直流电机控制激光笔转动方向，直流电机是将直流电能转换为机械能的转动装置，电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。