太阳能板指向控制毕业论文(编辑修改稿)

太阳能板指向控制毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然 而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内 部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3．振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉 宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 步进电机 在工业控制系统里步进电动机是主要的控制元件之一。 步进电机具有快速启动停止，精确定位和能够使用数字信号进行控制，能够实现脉冲 角度转换的特点，因此得到广泛的应用。 在使用步进电机的控制系统里，脉冲分配器产生周期的控制脉冲序列，步进电机驱动器每接收一个脉冲就控制步进电机沿给定方向步进一步。 2 系统设计及其实现（一） 8 本文采用四相八拍控制方式工作 ,每步进一次度数为 9176。 步进电机的转角和转动方向取决于各相中通电脉冲的个数和顺序。 计算机将表 1－ 1 所示的各种通电方式转换成相应 的状态控制字，通过计算机将各种状态字依次送到接口电路，并根据速度的要求作相应的延时处理。 由接口电路输出所需的控制脉冲通过驱动电路路使步进电机按要求动作。 表 21 步进电机四相八拍相序表 步 序 相 序 通电相 对应 P0 口的输出值 （状态字） P03 P02 P01 P00 1 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 1 1 AB 03H 3 0 0 1 0 B 02H 4 0 1 1 0 BC 06H 5 0 1 0 0 C 04H 6 1 1 0 0 CD 0CH 7 1 0 0 0 D 08H 8 1 0 0 1 DA 09H 2. 4 函数关系的研究 赤纬角和时角 要研究方位角和高度角与当地的经、纬度和当地时间的存在固定的函数关系。 我们就必须算出该地方不同时段的太阳高度角。 要计算出任意时段某地区的太阳高度角，我们必须来认识一下赤纬角和时角： 赤纬角 又称太阳赤纬，是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角。 赤纬角是由于地球绕太阳运行造成的现象，它随时间而变，因为地轴方向不变，所以赤纬角随地球在运行轨道上的不同点具有不同的数值。 赤纬角以年为周期，在+23 176。 27′与 23 176。 27′的范围内移动，成为季节的标志。 每年 6 月 21 日或 22 日赤纬达到最大值 +23 176。 27′称为夏至，该日中午太阳位于地球北回归线正上空，是北半球日照时间最长、南半球日照时间最短的一天。 在南极圈中整天见不到太阳，而在北极圈2 系统设计及其实现（一） 9 内整体太阳不落，这样北半球就出现相对较热的天气，而南半球出现较冷的气候。 随后赤纬角逐渐减少至 9 月 21 日或 22 日等于零时全球的昼夜时间均相等为秋分。 至 12 月 21 日或 22 日赤纬减至最小值 23 176。 27′为冬至，此时阳光斜射北半球，昼短夜长而南半球则相反。 当赤纬角又回到零度时为 春分即 3 月 21 日或 22 日，如此周而复始形成四季。 因赤纬值日变化很小，一年内任何一天的赤纬角 δ 可用下式计算：sinδ=[(N173)]或 δ=[360（ 284+n） /365]。 式中 N 为日数，自 1 月 1 日开始计算。 时角是指 OP 线在地球赤道平面上的投影与当地时间 12 点时、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。 当地时间 12 点时的时角为零，前后每隔一小时，增加 360/24=15，如 10 点和 14 点均为 152=30。 Spss 数据统计软件 SPSS 是世 界上最早的统计分析软件，由 美国斯坦福大学 的三位研究生于 20 世纪 60 年代末研制，同时成立了 SPSS 公司，并于 1975 年在芝加哥组建了 SPSS 总部。 1984 年 SPSS 总部首先推出了世界上第一个统计分析软件微机版本 SPSS/PC+，开创了 SPSS 微机系列产品的开发方向，极大地扩充了它的应用范围，并使其能很快地应用于 自然科学 、 技术科学 、 社会科学 的各个领域，世界上许多有影响的报刊杂志纷纷就 SPSS 的自动统计绘图、数据的深入分析、使用方便、功能齐全等方面给予了高度的评价与称赞。 迄今 SPSS 软件 已有 40 余年的成长历史。 全 球约有 25 万家产品用户，它们分布于 通讯 、 医疗、财会、银行、证券、保险、制造、商业、 市场研究、科研教育等多个 领域和行业 ，是世界上应用最广泛的专业统计软件。 接下来我们将利用它对计算出来不同时段的太阳高度角，进行数据分析。 高度角的计算 太阳高度角简称太阳高度 ， 太阳高度是决定地球表面获得 太阳热能 数量的最重要的因素。 我们用 h 来表示这个角度，它在数值上等于太阳在天球地平坐标系中的地 平高度。 太阳高度角随着地方时和太阳的赤纬的变化而变化。 太阳赤纬 （与太阳直射点纬度相等）以 δ 表示，观测 地理纬度 用 φ表示（ 太阳赤纬与地理纬度都是北纬为正，2 系统设计及其实现（一） 10 南纬为负），地方时 (时角 )以 t 表示，有太阳高度角的计算公式： sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ cos t 通过计算我们得出不同时段的高度角为： 表 22 不同月份不同时段的高度角表 时段 月份 6时 7 时 8时 9 时 10时 11时 12时 13时 14时 15时 16时 17时 18时 1 月 38 9 2 月 12 3 月 4 月 24 66 5 月 48 6 月 24 88 75 7 月 74 36 8 月 21 9 月 25 61 10月 23.7 34.7 35 11 月 28 10 12月 16.8 5 25.1 5 5 为了获得地球上的某一点太阳的方位角和高度角与当地的经、纬度和当地时间的存在 的固定的函数关系，我们就必须通过不同时段的高度角去研究相邻时段太阳高度角的变化，通过研究我们得到不同时段相邻太阳高度差值为： 表 23 不同时间太阳高度差值表差值表 时段 月份 6 时 7 时 8 时 9 时 10 时 11 时 12 时 13 时 14 时 15 时 16 时 17 时 18 时 1 月 2 月 5 5 5 5 5 5 3 月 4 月 10 10 10 10 10 10 5 月 2 系统设计及其实现（一） 11 然后通过 spss 对不同时间太阳高度差值表差值表中数据进行快速聚类分析（ K—Means Cluster Analysis）得到如下聚类结果表 表 24 聚类结果表 Cluster Membership Case Number 月份 Cluster Distance 1 1 月 1 2 2 月 1 .874 3 3 月 1 4 4 月 2 5 5 月 2 .863 6 6 月 2 7 7 月 2 8 8 月 2 9 9 月 1 10 10 月 1 .941 11 11 月 1 12 12 月 1 表中的 Cluster 栏显示各个观测量在聚类后的归属， Distance 栏表示该观测量与最终得到的聚心的聚类。 根据 spss 我们把数据分类两类，一类是 1 月、 2 月、 3月、 9 月、 10 月、 11 月、 12 月，另外一类为 4月、 5月、 6 月、 7月、 8月； 通过对数据分类研究分析我们可以得出 某一点太阳的方位角和高度角与当地的经、纬度和当地时间的存在固定的函数关系为： F(x)≈ 176。 (x=1 月、 2 月、 3月、 9月、 10 月、 11 月、 12 月 )。 F(x)≈ 9176。 (x=4 月、 5月、 6 月、 7月、 8月 )。 6 月 13 13 13 13 13 13 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 2 系统设计及其实现（一） 12 F(x)表示不同时段相邻太阳高度差， X表示月份； 由于我们采用四相八拍控制方式工作 ,每步进一次度数为 9176。 ，所以可以计算出定时控制的时间为： 由于四相八拍步进电机最小精度为 9176。 ，所以 F(x)≈ 176。 时，为了方便研究和实现，我们只能折合成按两个小时在去驱动步进电机即 T（ x） =2h(x=1 月、 2月、 3月、 9 月、 10 月、 11 月、 12 月 )，所以在 x=1 月、 2 月、 3月、 9月、 10 月、 11 月、12 月控制定时时间为 2小时，即 2h 通过单片机去控制步进电机步进一步 . T（ x） =1h(x=4 月、 5 月、 6 月、 7 月、 8 月 )，所以在 x=4 月、 5 月、 6 月、 7月、 8 月，控制定时时间为一小时，即 1h 通过单片机去控制步进电机步进一步。 通过这个函数关系，我们就确定了可以利用这个规律通过单片机去控制高度角步进电机和方位角步进电机了，从而实现太阳能板的自动转向控制。 实时时钟的设计 实时时钟实现原理 获得了关系函数后，我们就 按照这个关系函数，通过不同方式的定时来实现此关系函数所体现的信息，从而实现太阳能板指向控制，所以我们就必须要设计出一个定时用的实时时钟，做电子钟的一般思路是直接用单片机的定时计数器，原理是利用单片机芯片的定时器来产生固定时间，模拟时钟的秒、时、分。 只用单片机做的好处是可以省去一些外围的芯片，此方法很适用于一些要求不是十分精确，所以适合本系统对时钟要求不是十分精确的场合。 其中，选用 AT89C51 芯片，定时器用工作方式 1，每 50ms 产生一个中断，循环20次，即 1s为一个周期。 每一个周期加 1，那么 1min为 60个周期， 1h就是 60*60=3600个周期，一天就是 3600*24=86400 个周期。 选用 12MHZ 晶振，产生 50ms 中断的计算如下。 计算初值：机器周期 =12/晶振频率 = s1)1012(12 6  ， 设 : 需要装入的初值为 x，则 3616 1050101)2(   x 假设 x=15536，计数器从 15536 开始计数，一直到 65535. 假设选用 T1 计时器， TH1 和 TL1 分别用来存储定时初始值的高 8位和低 8 位，将 x转换为十六进制并存储到 TH1 和 TL1 中，即： TH1=0x3c； TL1=0xb0； 2 系统设计及其实现（一） 13 实时时钟实现流程图 一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、振荡器组成。 主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器组成。 秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。 将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用 60进制计数。