基于51单片机点光源自动跟踪系统设计

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重庆邮电大学

自动化学院

综合设计报告

设计题目：基于单片机的光源自适应控制系统设计单位（二级学院）：自动化学院

学生姓名：

专业：自动化

班级：

学号：

***师：***

设计时间： 2012 年 10 月

重庆邮电学院自动化学院制

摘要

本设计给出了一种基于单片机的点光源自动跟踪系统设计方案, 该设计使用TI公司的超低功耗的AT89C52单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。利用8路光敏电阻来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大后进行AD转换，将转换的结果传给控制器AT89C52单片机，经过过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号控制两台步进电机，使其跟随点光源运动。

本设计可以扩展为以后的太阳能发电的自动跟踪系统。该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。

关键词：AT89C52单片机，光源，自动跟踪，传感器

目录

摘要................................................ 错误!未定义书签。目录. (3)

一设计题目 (4)

1.1 基于单片机的光源自适应控制系统设计 (4)

1.2 设计要求 (4)

二设计报告正文 (5)

2.1 设计方案总体方向的选择 (5)

2.1.1 系统方案的拟定 (5)

2.1.2 方案选择 (5)

2.2 硬件电路的设计 (6)

2.2.1 A/D转换模块 (6)

2.2.2 步进电机模块 (9)

2.2.3 电机驱动模块 (11)

2.2.4 检测模块 (13)

2.2.5 单片机模块 (14)

2.3 系统软件设计 (18)

三总体调试 (19)

3.1 总体调试 (19)

3.2 问题及解决方案 (19)

3.2.1 通道比较阀值的设置 (19)

3.2.2 电机的防抖 (19)

四设计总结 (20)

五参考文献 (21)

六附录 (22)

一、设计题目

1.1基于单片机的光源自适应控制系统设计

设计一控制系统，假设有一个太阳能电池板，为了使电池板最大限度的接受光照强度，通过控制器调节电池板的角度使电池板始终正对光线。采用步进电机作为角度调整装置，使系统能上下和左右旋转。

1.2设计要求

1.绘出电路原理图；

2.制作电路图；

3.编写程序；

4.调试运行。

二、设计报告正文

2.1设计方案的选择

2.1.1系统方案的拟定

1.方案一

本方案是由检测电路、AT89C52单片机、时钟电路、A/D转换控制电路等主要模块组成。传感器部分采用光敏二极管，将光信号变换为电信号。经过A/D转换将其转化离散的数字信号。控制电路以单片机为核心，能够对采集的数字信号进行处理和判断，控制电机运转使太阳能板正对光线。

2.方案二

本方案用以单片机STC12C5A60S2为核心，光强度检测模块，时钟模块，步进电机控制电路模块和12864液晶显示等主要模块组成。传感器采用光敏电阻，STC12C5A6S2单片机自带10位A/D，能够识别模拟信号。控制电路以单片机为核心，能够对采集的模拟信号进行处理和判断对步进电机实现控制。

2.1.2方案选择

比较以上两方案可知，系统的工作原理是一致的，都是通过传感器采集太阳光并间接或直接将其转化成单片机能够识别的信号，通过单片机处理信号并进行判断，步进电机控制电路根据单片机传出的信号转动。所不同的是采用元器件差异，但从单片机方面考虑，方案一所使用的传统的单片机器件方案二所使用的系列成本低。根据实际情况方案一的元器件基本都是简单易上手的器件，运用起来比较灵活，原理简单容易理解方便写程序代码。综合考虑，最后确定选择方案一。

系统组成及工作原理以单片机为控制核心，采用光强度检测电路测量，以光敏电阻传感器作为测量元件，构成光电测量模块。该系统可分为电源模块电路、光电测量电路、时钟电路、步进电机控制电路、单片机、A/D转换电路。选用的主要器件有:光敏电阻，时钟芯片74LS74，AT89C52，步进电机与转换芯片ADC0809等。系统设计框图如图2-1所示。

图2-1 系统设计框图

2.2硬件电路的设计

2.2.1 AD转换模块

1.ADC0809的内部逻辑结构

ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

2.ADC0809引脚结构

ADC0809各脚功能如下：

D7-D0：8位数字量输出引脚。

IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。

VCC：+5V工作电压。

GND：地。

REF（+）：参考电压正端。

REF（-）：参考电压负端。

START：A/D转换启动信号输入端。

ALE：地址锁存允许信号输入端。

（以上两种信号用于启动A/D转换）.