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3.2.3 太阳能自动跟踪装置设计
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图3.4太阳能自动跟踪装置图
1-支座；2-支柱；3-电池板支架；4-销轴；5-减速箱体（含电动机）；6、15-主轴；7-丝杆；8-横支架；9、5-电机；10-减速器；11-铰链为方位轴和俯仰轴。
1．东西方向跟踪
在减速箱体5内安装由电机等构成的传动机构。主轴通过轴承安装在减速箱体上，主轴的下端固定在支座1上，支柱2的下端固定在减速箱体上，支柱2的上端通过销轴4与电池板支架连接。电机通过带动齿轮转动，并带动减速箱体、电池板支架转动，完成东西方向的跟踪。
2．南北方向跟踪
支柱2上设置一个横支架8，横支架8端部铰接一个减速器10，减速器中设有蜗杆（图中未画出）与电机9相连，蜗杆与设在减速器中的蜗轮啮合，蜗轮中心设有螺孔与丝杆7连接配合，丝杆7的一端通过铰链11与电池板支架连接。电机9通过蜗轮蜗杆、丝杆螺孔机构带动电池板支架转动，完成南北方向的跟踪。
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太阳能电池板自动跟踪系统设计
第4章 电池板跟踪系统硬件设计
4.1 关键器件介绍
4.1.1 STC12C5A60S2简介
STC12C5A60S2系列单片机是由宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）单片机。是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速速快8-12倍。内部集成2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。
图4.1 STC12C5A60S2单片机
它有40个管脚，分成两排，每一排各有20个脚，其中左下角标有箭头的为第1脚，然后按逆时针方向依次为第2脚、第3脚……第40脚。
在40个管脚中，其中有32个脚可用于各种控制，比如控制小灯的亮与灭、控制电机的正转与反转、控制电梯的升与降等，这32个脚叫做单片机的“端口”，在单片机技术中，每个端口都有一个特定的名字，比如第一脚的那个端口叫做“P1.0”。
主要特性
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与8051兼容
增强型8051内核，速度是传统8051的8-12倍 有外部掉电检测功能
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管脚说明
数据保留时间：10年 工作频率：0HZ~35HZ 内部RAM1280字节 32可编程I/O线 4个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道
EEPROM功能，擦写次数10万次
P0.0~P0.7 P0：P0口既可以作为输入/输出口，也可以作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线A0~A7，数据线D0~D7 P1.0/ADC0/CLKOUT2 标准IO口、ADC输入通道0、独立波特率发生器的时钟输出 P1.1/ADC1 。 P1.2/ADC2/ECI/RxD2 标准IO口、ADC输入通道2、PCA计数器的外部脉冲输入脚，第二串口数据接收端 P1.3/ADC3/CCP0/TxD2 外部信号捕获，高速脉冲输出及脉宽调制输出、第二串口数据发送端 P1.4/ADC4/CCP1/SS非 SPI同步串行接口的从机选择信号 P1.5/ADC5/MOSI SPI同步串行接口的主出从入(主器件的输入和从器件的输出) P1.6/ADC7/SCLK SPI同步串行接口的主入从出 P2.0~P2.7 P2口内部有上拉电阻，既可作为输入输出口（8位准双向口），也可作为高8位地址总线使用。 P3.0/RxD 标准IO口、串口1数据接收端 P3.1/INT0非 外部中断0，下降沿中断或低电平中断 P3.3/INT1 P3.4/T0/INT非/CLKOUT0 定时器计数器0外部输入、定时器0下降沿中断、定时计数器0的时钟输出。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
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太阳能电池板自动跟踪系统设计
4.1.2 步进电机介绍
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
其具有如下的特点：
1）励磁绕组上施加的不是一个恒定的直流或交流电压，而是采用电子开关断续加以直流电压，即采用脉冲供电方式，用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。
2）电机的转速与脉冲频率保持严格的同步关系。位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可在要求更高精度时组成闭环控制系统。
3）步进电机具有加速转矩大等特点，其性能的提高与控制方式、驱动电路的参数等有密切的关系。
4）停止时，具有自锁能力，定位精度高。
5）无刷，电机本体部件少，可靠性高；易于启动、停止、正反转及变速，响应性也好。
6）步距角选择范围大，可在几十角分至180度大范围内选择。在小步距情况下，通常可以在超低速下高转矩稳定运行，通常可以不经减速器直接驱动负载。
步进电机从其结构形式上可分为反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机
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（PM）、混合式步进电机（HB）、单相步进电机、平面步进电机等多种类型。
图4.2 步进电机原理图
1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：
2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A??通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A??通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。
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