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图3.1 光电采集模型图
3.2 单片机控制步进电机设计
本次设计的控制系统选用了AT89C51单片机作为智能单元 。它是一种低功耗，低电压，高性能的8位单片机 。片内带有一个4KB的FLASH可编程,可擦除的只读存储器 。该系统为地平坐标系的双轴自动跟踪控制系统，因此采用双坐标步进电机控制，双坐标
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步进电机控制就是在X轴方向控制1台步进电机，在Y轴方向控制1台步进电机 。这2台步进电机同时驱动同一个对象，使对象在一个平面上以任意曲线运动 。AT89C51单片机通过P2口输出控制脉冲信号，P1.0～P1.3为一路，P2.0～P2.3为一路,分两路各控制1台步进电机,采用ULN2803达林顿芯片驱动步进电机各相绕组，图中L1，L2即为步进电机的各相线圈，光电采集和A/D转换部分采用PDF8591芯片动作，下边是整套下位机硬件设计电路图 。

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图3.2 太阳自动跟踪硬件电路图
3.3 虚拟仪器和单片机相结合的太阳自动跟踪监控系统
结构框图如图3.3所示主要由上位机、下位机、执行机构组成,其中上位机主要是由LabVIEW软件编写的人机交互界面构成;下位机主要由单片机AT89C51、高度角和方位角绝对式编码器、光电传感器、高度角和方位角步进电机、高度角步进电机驱动器和方位角步进电机驱动器、信号调理电路组成;执行机构由减速器和电机构成 。各部分的功能如下:
(1)上位机:即人机交互界面,就是通过LabVIEW做的前面板界面 。主要功、能包括:太阳运动轨迹的计算,可以提前计算出一天中太阳的运动轨迹;通讯、端口的设置,
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包括通讯口和波特率的设置;跟踪方式的选择,如太阳运动轨迹跟踪、光电跟踪、混合跟踪;显示跟踪装置的各个时刻的高度角和方位角信息 。上位机主要是向下位机发送控制指令,驱动步进电机转动使太阳跟踪装置跟踪太阳光线,同时下位机把跟踪装置的位置信息反馈给上位机,以便于监测跟踪装置的位置状态 。同时上位机还预先计算出太阳的运动轨迹,以便于控制跟踪装置太阳运动轨迹跟踪 。
(2)下位机:下位机主要由驱动器、89C51单片机、髙度角和方位角步进电机、光电传感器、高度角和方位角编码器构成,它们构成一个闭环的控制系统 。在太阳运动轨跟踪过程中,上位机发送控制命令给单片机控制高度角和方位角电机的转动,同时单片机将跟踪装置的高度角和方位角位置信息通过串口通讯传给上位机,通过和入射角的比较驱动电机进行下一次的跟踪 。在光电跟踪过程中,光电传感器的电流信号经过转换、放大,把太阳跟踪装置偏离太阳入射光线的偏差角度传给上位机,上位机驱动电机使跟踪装置跟踪太阳 。
(3)执行机构:该部分主要有两部分组成,其中减速器的作用是减速,使得跟踪装置平稳缓慢转动;电机包括高度角电机和方位角电机,作用是驱动跟踪装置做仰俯运动和水平旋转运动 。该系统通过光电传感器(使用四象限光敏电阻)来采集太阳入射光线,当太阳入射光线发生变化时(即未垂直照射在光电传感器上时),光电传感器输出的电信号发生变化,这种电信号经过信号调理电路的I/V转换和放大后传给单片机,单片机通过计算处理后把电压信号通过串口通讯传给上位机,PC机通过LabVIEW对这些信号处理后通过串口通信发送指令给单片机,单片机接到指令后驱动高度角和方位角电机转动,从而实现了跟踪装置跟踪太阳的目的 。

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图3.3 控制系统组成结构原理图
4太阳自动跟踪监控系统软件设计
对于一个基于LabVIEW的控制系统，软件设计是太阳能跟踪系统的关键，设计一个完整的软件流程同时能实现各部分程序是本设计的重点 。本章以LabVIEW为开发平台，对太阳自动跟踪监控系统的软件进行设计，主要包括系统的整体流程设计,光电跟踪软件设计，其他主要功能设计，监控界面的设计 。
4.1 LabVIEW介绍
LabVIEW是时下比较流行的编程语言,其源代码称之为G代码,它和平常我们所用的编程语言C和C++有非常大的差别,C和C++编写的代码是从上至下运行,LabVIEW在程序运行时是按照数据流执行的,数据流的方向表明代码执行的先后顺序,对于一个程序而言,当它所需要的数据全部获取后才得出结果 。虚拟仪器集数据的釆集和分析、控制、输出、人机交互界面等功能与一身,只要确定了接口设备,用户就可以通过软件编程来完成各种功能 。虚拟仪器的实质是通过PC机各种总线和各种控制器建立通讯,控制器将采集的信号经过一系列的处理传给虚拟仪器,虚拟仪器通过软件编程对数据做出相应的处理 。

稿源：(未知)

【傻大方】网址：/a/2021/0402/0021244152.html

标题：基于LabVIEW和单片机的太阳自动跟踪监控系统( 四 )