I
毕业论文
题 目： 基于单片机的太阳能
采光系统控制器设计
II 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作 者 签 名： 日 期：
指导教师签名： 日 期：
使用授权说明
本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名： 日 期：
III
IV 学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名： 日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名： 日期： 年 月 日
V 导师签名： 日期： 年 月 日
VI 本科生毕业论文（设计）开题报告
论文题目 基于单片机的太阳能采光系统控制器设计
选题的根据：
1）本选题的理论、实际意义
太阳能采光系统控制器的硬件系统以微处理器为核心, 以它来控制微电机的转动, 驱动机械装置实现采光；为了精确定位太阳方位，每隔10分钟以角度传感器测出转动误差,经A/D 转换后送微处理器以实现闭环、反馈控制； 微处理器通过PC获得设置参数及上传信息；实时时钟提供控制器所需的时间信息, 并利用定时中断定时唤醒处于掉电状态的微处理器。
微处理器采用ATMEL公司的高性能,低电压的8位CMOS处理器AT89C51为核心,片内有4k的Flash,128字节的RAM；32个可编程的I/O口；具2种省电的休眠模式,特别是在掉电模式下,芯片功耗很小,符合本系统低功耗的要求。
采用RS-232接口与上位PC机进行串行通信,从而实现对相关数据的存储、分析和处理，用MAX232S实现RS-232的电平转换。
电动机驱动部分由驱动器和电动机两部分组成，用AT89C51来控制步进电动机的转动, 驱动机械装置实现采光。
系统的实时时钟采用了PHILIPS公司的低功耗实时时钟芯片PCF8563。该芯片采用IIC通信协议，特别是其具有定时中断功能, 将芯片的中断输出脚与AT89C51的外部中断引脚相连,可用来将微处理器从掉电模式下唤醒, 这对整个系统实现低功耗是必不可少的。
反馈控制模块此模块由微型电动机、角度传感器、A/D转换器组成。微型电动机转动带动采光装置,以跟踪太阳方位为精确控制电动机的转动角度；用角度传感器采样,经A/D 转换后组成反馈回路,以调节电动机转动位置。A/D转换器拟采用低通滤波器逐次逼近ADC0809，角度传感器拟采用四块光电池组成测试系统。太阳能采光系统
VII 控制器部分,阳光透过外罩射到反射镜上,镜面将阳光反射到室内,控制器根据太阳的移动发出信号驱动机械传动装置的马达使反射镜转动,以最大限度的反射阳光到室内。不仅在晴朗、多云的时候正常工作,而且在阴天、自然光照不理想的情况也能实现最大限度的采光。
太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、以及我国已开展的“光明工程”将在建筑领域掀起节能环保生态建材开发的应用热潮。
论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：
1）主要内容：
自然光照明相对人工照明有很大的优势,因而太阳能采光系统控制器的研究具有一定的现实意义。本设计及太阳能采光系统控制器的设计,太阳能采光系统控制器的主要功能是，阳光透过外罩射到反射镜上，镜面将阳光反射到室内，控制器中的微处理器根据太阳的移动发出信号驱动机械传动装置的马达使反射镜转动，以最大限度的反射阳光到室内。不仅在晴朗、多云的时候正常工作，而且在阴天、自然光照不理想的情况也能实现最大程度的采光。反射镜上附有角度传感器，为了精确定位太阳方位，以角度传感器测出转动误差，经A/D转换后送微处理器以控制电机驱动使反射镜转动。
该系统主要由微处理器、反馈控制模块（电机驱动，角度传感器，A/D转换器）、电源模块和实时时钟组成。
2）基本要求:
该系统控制器的硬件系统以微处理器为核心, 以它来控制微电机的转动, 驱动机械装置实现采光；为了精确定位太阳方位,每隔10分钟，以角度传感器测出转动误差,经A/D 转换后送微处理器以实现闭环、反馈控制； 微处理器通过PC获得设置参数及上传信息; 实时时钟提供控制器所需的时间信息, 并利用定时中断定时唤醒处于掉电状态的微处理。
VIII 3）主要研究方法:
采用RS-232接口与上位PC机进行串行通信,从而实现对相关数据的存储、分析和处理，用MAX232S实现RS-232的电平转换。
电动机驱动部分由驱动器和电动机两部分组成，用AT89C51来控制步进电动机的转动, 驱动机械装置实现采光。
论文进度安排和采取的主要措施：
1、2011年10月26日-2011年11月20日：收集查阅资料，了解设计内容、要求、熟悉设计题目，准备报告。
2、2011年11月21日-2011年12月20日：根据设计要求与资料的归纳整理，撰写开题报告。
3、2011年12月21日-2012年3月10日：设计出主电路与控制电路，完成初稿。
5、2012年3月11日-2012年4月30日：修改初稿，完成仿真与分析。
6、2012年5月1日-2012年年5月15日：完成毕业设计，对细节进行修改。
7、2012年5月16日-2012年5月25日：最后修改定稿。
8、2012年5月26日-2012年6月5日：准备答辩。
主要措施：通过自己多方面的查阅资料和同学老师分析讨论，在老师的指导下完成
IX 主要参考资料和文献：
[1] 郑守深.于洁 太阳能电源. 河南人民出版社，2004
[2] 沙占友. 集成化智能传感器原理与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2004
[3] 沙占友. 智能传感器系统设计与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2005
[4] 单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用[M]. 北京：国防工业出版社， 1999
[5] 冯英. 传感器电路原理与应用[M]. 成都：电子科技大学出版社，第一版，1997
[6] 黄继昌.传感器工作原理及应用实例[M]. 北京：人民邮电出版社，第一版，1998
[7] 白英彩. 微型计算机常用芯片手册[M]. 上海：上海科技出版社，2000
[8] 陈进,李俊,太阳能光伏发电系统. 2006.02
[9] 彭为. 单片机典型系统设计实例精讲. 北京：电子工业出版社，2006.5
[10] 三恒星科技. MCS-51单片机原理与应用实例. 北京:电子工业出版社，2008.1
[11] 谢宜仁. 单片机实用技术问答[M]. 北京：人民邮电出版社，2005
[12] 刘必虎. 中小规模集成电路的原理与应用[M]. 上海：上海科技出版社，2000
[13] 张萌. 单片机应用系统开发综合实例[M]. 北京：清华大学出版社，2007.7
指导教师意见：
签 名：
年 月 日
教研室意见
负责人签名：
年 月 日 学
院
意
见
负责人签名：
年 月 日
X 目 录
摘要 ......................................................................... Ⅰ
ABSTRACT ................................................................... Ⅱ
第一章绪论 ......................................................................................................................................... 1
1.1前言............................................................................................................................................ 1
1.2设计任务.................................................................................................................................... 1
1.3设计要求.................................................................................................................................... 1
1.4设计参数.................................................................................................................................... 2
1.5理论依据.................................................................................................................................... 2
1.6方案设计.................................................................................................................................... 2
第二章 硬件设计 ............................................................................................................................. 4
2.1. AT89C51 .................................................................................................................................. 4
2.1.1 AT89C51的主要性能 ......................................................................................................... 4
2.1.2 AT89C51引脚介绍 ........................................................................................................... 4
2.1.3 AT89C51的极限参数 ....................................................................................................... 6
2.1.4时钟电路 ............................................................................................................................. 6
2.2 A/D转换电路 ........................................................................................................................... 7
2.2.1 A/D转换电路器件选型 ................................................................................................... 7
2.2.2 A/D转换电路图 .............................................................................................................. 11
2.3 实时时钟电路 ........................................................................................................................ 12
2.3.1 实时时钟器件选型 ........................................................................................................ 12
2.3.2 PCF8563与单片机的连接 ............................................................................................. 13
2.4串行输出RS-232电路........................................................................................................... 14
2.4.1 通信速度和通信距离 .................................................................................................... 14
2.4.2 抗干扰能力 .................................................................................................................... 14
2.4.3 器件选型 ........................................................................................................................ 15
2.4.4 采用MAX232接口的串行通信电路 .............................................................................. 15
2.5步进电动机驱动电路............................................................................................................. 16
2.5.1 步进电动机的工作原理 ................................................................................................ 16
2.5.2 步进电动机选型 ............................................................................................................ 18