基于单片机智能太阳能的设...

1、摘 要随着社会的发展太阳能已经逐渐走进人们的生活；但是现在市场上的太阳能大多数为固定的、单一方向的对光源的吸收；经常会出现水温加热不到位给人们的日常生活带来不便。本设计根据传感器对外部信号的收集、模拟电路对信号的转换、以及单片机对信号的处理来控制太阳能对光线的寻找；用来对水箱内的水进行长时间的加热；以保证人们的日常生活所需的热水；本设计的第一章来介绍和了解一些要用到的传感器的原理和应用的介绍；第二章节通过的模拟电路的工作原理的概述介绍本设计的核心工作；第三章节通过对本设计的核心驱动元件步进电动的驱动和控制做详细的介绍；第四章节通过对前几章节的总结系统化的设计此系统。关键词：传感器、单片机、太阳能7AbstractWith the development of solar energy society has gradually entered peoples life; but now on the market of solar energy most single direction is fixed, the light absorption; often heating doe

2、s not reach the designated position causes inconvenience to peoples daily life.According to the design of sensor of external signal collection, signal conversion, analog circuit and single chip for signal processing to control solar to light for; heating to the water in the water tank for a long time; in order to guarantee the required daily life hot water; the design of the first chapter to introduce and understand the principle and application of some use to the sensor is introduced; the worki

3、ng principle of analog circuit through second chapters the introduction to the core of the design work; third chapter through to the core of the design of the driving element of step motor drive and control to do a detailed introduction; fourth chapter summarizes the system through the design of the front sections this system.Keywords: sensor, microcontroller, solar energy目 录第一章 绪论1第一节 传感器的功能与作用介绍1第二节 传感器的工作性能指标2第三节 传感器的原理与应用3第二章 步进电动机的概述与控制5第一节 步进电动的概念与结构5第二节 步进电动机工作原理与启动6第三章 智能太阳能的设计7第一节 作品的介绍

4、和工作原理7第二节 产品的工作流程8第三节 设计结构9结束语11谢 辞12参考文献13第一章 绪论第一节 传感器的功能与作用介绍一、传感器的定义传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。二、传感器的功能与作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研

5、究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。三、传感器的原理根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：一、传感器工作原理分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁

6、电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：一、传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。二、 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。现在越来越受到工业控制青睐的激光传感器发展迅猛，激光传感器不仅应用广泛，更主要的是利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。ZLDS10X系列品牌激光位移传感器具有数字化集成一体化结构，0.01%高分辨率，0.1%高线性度，9.4KHz高响应、IP67防护等级和可同步等高性能。工作温度范围宽，特别适用于工业环境高精度应用。第二节 传感器的工作性能指标一、传感器静态性能指标传感器静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之

7、间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。1、线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。2、灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度。3、迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。4、重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。5、漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。6、分辨力：当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量后输

8、出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即最小输入增量。7、阈值：当传感器的输入从零值开始缓慢增加时，在达到某一值后输出发生可观测的变化，这个输入值称传感器的阈值电压。二、传感器动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。第三节 传感器的原理与应用一、传感器的原理传感器的原理主要是利用敏感元件对外界事物的识别和感应来工作的，传感器分为物性型和结构型两种；物性型主要是利用物质的某些特性来感应外界物质的变化；结构型主要是外界变化对物质结构的影响来监测外界事物的变化。如电容式传感器、电感式传感器等。二、热敏电阻和金属热电阻（1）热敏电阻构造：用半导体材料制成。特性：热敏电阻的阻值随温度变化而发生显著的变化，其特性曲线是如图1-1所示。能够将温度这一热学

9、量转化为电阻这一电学量。应用：用来测量温度及实现温度的自动控制。说明：通常情况下热敏电阻的阻值随温度的升高而减少，但也存在随温度升高而增大的热敏电阻。图1-1 热敏电阻的特性曲线(2)金属热电阻材料：金属丝，常用的热电阻用铂做成。特性：其电阻随着温度的升高而增大，它能够将温度这一热学量转化为电阻这一电学量，其电阻温度特性曲线如图1-2所示：图1-2金属热电阻特性曲线应用：测量温度。第二章 步进电动机的概述与控制第一节 步进电动的概念与结构一、步进电动机的概念步进电动机又称脉冲马达，是将电脉冲信号转换成为线性位移或脚位移的电动机，是数字控制系统中的一种执行元件，广泛应用于数控机床和现在普通机床的数控化技术改造。二、步进电动机的结构步进电动机种类繁多，通常使用的有永磁式、感应永磁式和反应式步进电动机。应用最多的一种，是反应式步进电动机。下面以六极反应式步进电动机为例，分析其基本结构和工作原理。六极反应式步进电动机的结构示意图如图2-1所示。它分为定子和转子两部分。它的定子具有分布均匀的六个磁极，磁极上装有绕组。两个相对的磁极组成一相。绕组的连接如图2-1所示。转子具有分布均匀的四个齿。 图2-1 六极反应式步进电动机第二节 步进电动机工作原理与启动一、矩角特性和稳定平衡点三相六极和转子四齿反应式步进电动机，当U相绕组通入直流电流是，有电磁力作用原理，电动机中产生反应转矩。定子磁极的轴线方向与转子齿的轴线方向的夹角称为失调角。设转子齿领先定子磁极的轴线为正，大小用弧度表示。当控制绕组匝数一定，忽略磁路饱和的影响时，则静转矩T与失调角的关系为T=-Tcsin式中，Tc是与控制电流的大小和匝数及气间隙磁阻有关的常数。

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