Srtp中期报告
——王管建 杨康 梁凌轩 俞人暄
项目名称：基于单片机的最大风能追踪器
项目意义：
现在的风力发电机成本高，然而风能的利用效率还比较低，主要是因为风向多变，发电机转速有时很慢，几乎停止。另外，如果风速太大，转速太快，则极容易使得风车脱落造成事故。 我们的最大风能追踪器就是为了提高风能的利用效率和保证风力发电机的安全。
基于单片机的最大风能追踪器有两项特殊功能：
一． 能够自动调节水平轴的方向，使得风车风叶正对来风，从而获得最大的受力面积，得到更多的能量，提高能量的利用效率。
二． 风车转速有所限制，当转速很大时，自动调节其转角使背离最大风向，限制转速大小，以保证风车转速恒定。
项目进展：
1. 问题分析
最大风能追踪器的结构可用以下框图表示：
最大风能追踪器的工作流程大致如下：
当风向突然有明显转变时，风向传感器立刻感知，并且将其转化为数字信号发送给单片机。单片机接受风向信号，如果此刻所测风车转速未达到最大值，则单片机发送脉冲信号 给步进电机使其向转速增大的方向旋转；如果此刻风车转速已达最大值，则使步进电机向着风车转速减小的方向旋转。这样就能够保证风能最大利用，并且风车转速始终保持在最大值以下。
分析可得待解决的问题如下：
1） 选用何种传感器来将风向转化为电压信号？
2） 风向传感器的转动角度是否必须为360度？
3） 单片机如何感知风向变化？中断的工作原理是什么？ 4） 单片机如何驱动步进电机工作，工作原理是什么？
5） 如何探测风叶的转速？
6） 如何实现转速的实时更新？
7） 如何应用单片机内部计时器实现精确定时？
2. 材料准备
清单：
名称 | 个数 |
单片机开发板 | 1个 |
步进电机 | lbe 1个 |
光电门 | 1个 |
风力发电机模型 | 1个 |
uA741运放 | 1个 |
中国药学杂志ADC0809芯片 | 1个 |
杜邦线 | 30根 |
| |
风力发电机模型如下图
3. 阶段性成果
1）单片机能够将光电门信号作为外不中断
a .光电门共有三个引脚，一个接+5V，一个接地，另一个为输出。当没有物体经过光电门时，输出脚为低电平，当有物体遮挡时，输出高电平。
b. 单片机的中断原理
中断启用寄存器（IE）
EA=1，可以启用所有的中断；EA=0，停止所有的中断。
ET0=1，TF0中断开关启用；ET0=0，TF0中断停用。
EX0=1,INT0中断开关启用；EX0=0，INI0中断停用。
定时器/计数器控制寄存器（TCON）中国主权信用评级
TF0为Timer0中断标志位，Timer0中断时，CPU设定TF0为1，中断结束时，设定TF0为0。
TR0为Timer0的启用开关。TR0=1，启动Timer0，TR0=0，罐壁Timer0。
IE0为INT0的中断标志位，INT0中断时，CPU设定IE0为1，中断结束时，设定IE0为0。
IT0为INT0的信号种类设置。1为负边缘触发，0为低电平动作。
在本次的研学中，我们启用INT0作为外部中断的入口，并且让其为负边缘触发，即EA=1，EX0=1，IT0=1。
2） 风车的转速的精确计算。
a. 由于每次风叶经过光电门都会产生一次中断，直接计算一个周期的时间有些困难，于是我们组是精确测量A、B（如上图所示）之间的时间，然后推算出每分钟的转速。
A、B之间时间间隔
风车每分钟的实际转速
b. 定时器的控制
模式控制寄存器（TMOD）
GATE门控制开关，0为内部启动，1为外部启动。
C/T切换开关，0为内部计数器，1为外部技术器。
波尔 M1 M0 计时/计数器选择开关
0 0 两个13位定时器/计数器
0 1 两个13位定时器/计数器
1 0 两个8位自动载入定时器/计数器
1 1 一个8位定时器/计数器，一个8位计时器
本次研学中采用MODE1，即M0=1。同时，中断启用寄存器ET0=1。
3）步进电机的驱动
步进电机的驱动有两种方式：1相驱动和2相驱动。应用起来差不多，2相的力矩更大。本次研学中，1相驱动即可。
步进电机原理图如下所示：
步进电机的动作是利用电磁线圈之间的相互作用实现的。
本次我们所用的步进电机每步旋转1.8度，精度足够了。
1相驱动
1000——>0100——>0010——>0001——>1000… （正转）
1000——>0001——>0010——>0100——>1000… （反转）
步进电机的驱动电路采用ULN2003A芯片。
4）ADC0809的应用
ALE设置为高电平，对地址信号进行锁存，经译码后选通对应通道，被选中通道的模拟量进入转换器进行转换 START为启动转换信号。St上跳沿清零所有寄存器，下跳沿开始AD转换；转换期间st保持低电平。St启动过程中，ale信号与其保持一致。
EOC转换结束信号。当ad转换结束时，eoc变为高电平，表明转换结束。Eoc为低电平时，表示转换正在进行。故通常用eoc的状态判断转换是否结束，Eoc在st信号下降沿10us后才变为无效的低电平，所以查询eoc状态的程序必须等到eoc无效后才开始查询
OE输出允许信号。高电平有效，oe=1：输出转换得到的数据；oe=0：输出数据线呈现高阻态。
CLK为0809工作时钟。因为0809内部没有时钟，故必须由外部提供工作时钟。
工作时序图如下：
4. 待解决的问题
现在重点需要解决的问题是风向数字信号的采集。
经过分析，我们若是将风向传感器装在追踪器的顶端，则传感器只需有-9度到+90度的转动范围即可。为了节约成本，我们组决定用电位器作为风向传感器，然后用运放将信号放大，再将模拟信号送至ADC0809即可。
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