基于单片机的太阳自动跟踪系统的研究

1．3 采样保持与A／D转换电路

本系统选用的A／D转换为MAXIM公司生产的MAXl86转换器，是串行输出CMOS芯片。其转换速度快，精度高，耗电省，接线简单，适用于各种仪器仪表和自动控制系统中的数据采集。MAXl86转换器自带有采样保持器，因而系统不再设计采样保持电路。而且与AT89C51为串行连接，接口电路如图5所示。

1．4 时钟芯片DSl302

DSl302与AT89C51单片机接口采用3线(RST，SCLK和I／O)连接，AT89C51为主芯片负责控制2芯片之间的数据通讯。RST为数据通讯的使能信号，为O则允许通讯；为1则禁止通讯。SCLK为数据通讯的位同步脉冲信号，I／O是双向串行数据传输线。RST，SCLK都是单片机发出的控制信号，如图6所示。

2 软件设计

本文介绍的控制系统的软件设计采用了结构化、模块化的程序设计方法。主程序初始化完毕之后，即进入等待状态，单片机控制运行交由中断服务程序控制。所需完成的功能主要由子模块实现。各部分独立完成一定的功能，又有机的结合为一个整体，完成所要求的控制任务。

程序的结构如图7所示。主程序包括初始化、最初的A／D转换程序。整个程序周期里，初始化程序只在主程序第一次执行时执行一次。初始化之后，进行最初A／D转换，实际上等于对A／D转换滤波器置初始值。

2．1 定时器1溢出中断服务程序

定时器1溢出中断服务程序包含多个模块，先后在一个T1溢出周期内执行完毕。这些模块包括：控制算法、控制量输出、A／D转换、转换结果处理和分析、异常处理等部分。通过每次T1溢出，周期性的采样、反馈比较、调整、输出，从而实现控制策略。

2．2 控制算法

编制控制算法子程序包括以下几个步骤：计算当前期望位置；计算补偿通道输出值；计算当前实际位置；计算误差和误差通道输出值；补偿通道输出值和误差通道输出值相加。

2．3 控制量输出

单片机输出的控制量为脉冲输出，脉冲量的输出可以通过软件定时器，规定脉冲输出的问隔时间，从而规定了脉冲输出的频率。

2．4 A／D转换及其转换结果处理和分析

虽然硬件上对模拟输入进行了低通滤波，但是仍然会有一些因素可能造成模拟输入量出现较大的误差。为了防止这种情况的发生，需要进行软件滤波，即数字滤波处理。数字滤波有许多优点：

(1)数字滤波器是由程序实现的，不需增加硬件设备，数字滤波可以有多个输入通道共用，因而成本低。

(2)数字滤波由程序实现，不需要硬件设备，因而可靠性好，稳定性高，不存在阻抗匹配问题。

(3)数字滤波使用灵活，修改方便。而本文采用了算术平均值滤波方法。

2．5 异常处理

程序运行中会发生多种异常情况，有些可以通过检查输入数据判断，而有一些情况系统可以自行校正。光电传感器误差信号超出死区也应视为异常情况。可能的原因是出现了一干扰光源或太阳能板与太阳位置发生偏离。为了避免在多云情况下的盲目跟踪，如果辐射强度没有达到特定值，则对于误差信号超出死区不作任何操作。太阳能板与太阳位置发生偏离的情况下，系统有能力自动的回复运行状态。

在每次定时器T1中断时，系统都检查控制字。当控制字表明系统在校正状态时，输出控制量的值由预期位置量和光电传感器误差信号共同计算产生。

3 结语

系统采用特制的四象限硅光电池作为太阳跟踪误差校正用传感器，并且采用AT89C51单片机作为智能单元，可以实现成本较低的全自动太阳跟踪系统。系统具备较好的稳定性，并能够达到相当好的精确度和灵活性。理论分析和设计结果表明，本方法可以满足太阳跟踪控制的要求。