基于嵌入式系統(tǒng)的舵機(jī)控制研究

王雪

摘要：本文針對(duì)利用微控制器控制舵機(jī)實(shí)現(xiàn)光伏逐日進(jìn)行了實(shí)踐研究，首先指出了目前世界上的能源概況以及光伏發(fā)電的重要作用和意義。其次，在硬件層面分析了舵機(jī)的工作原理控制方法，并介紹了光伏逐日板的整體構(gòu)造。然后，從軟件層面分析了舵機(jī)控制關(guān)鍵代碼。最后，提出了幾個(gè)在舵機(jī)控制中需要注意的問題，并進(jìn)行了概括總結(jié)。本文對(duì)于太陽(yáng)能逐日發(fā)電具備重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：光伏逐日;舵機(jī);微控制器;嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）11-0124-02

1 光伏發(fā)光技術(shù)

1.1 概念及原理

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。光子照射到金屬上時(shí)，它的能量可以被金屬中某個(gè)電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內(nèi)部引力做功，離開金屬表面逃逸出來(lái)，成為光電子。主要組件包括太陽(yáng)電池板、控制器和逆變器三大部分組成。

1.2 光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)

利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)光，優(yōu)點(diǎn)非常明顯。首先，太陽(yáng)能源沒有枯竭危險(xiǎn)，取之不盡，用之不竭;其次，太陽(yáng)能源安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染排放外，絕對(duì)干凈（無(wú)公害）;再次，不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì);最后，太陽(yáng)能源質(zhì)量高，建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。

2 硬件設(shè)計(jì)

舵機(jī)是指在自動(dòng)駕駛儀中操縱飛機(jī)舵面（操縱面）轉(zhuǎn)動(dòng)的一種執(zhí)行部件。它帶有一個(gè)輸出軸。當(dāng)微控制器向伺服器發(fā)送一個(gè)脈沖控制信號(hào)時(shí)，舵機(jī)的輸出軸就旋轉(zhuǎn)的固定的角度上。并且，維持脈沖控制信號(hào)不發(fā)生變化，軸的角度位置不改變?？刂菩盘?hào)占空比如果發(fā)生變化，輸出軸的角度位置就隨之改變。日常生活中，舵機(jī)常被用于遙控汽車、汽車、機(jī)器手等領(lǐng)域。

舵機(jī)在工作時(shí)，采用的是直流脈沖信號(hào)，信號(hào)要求周期在20ms左右。通過調(diào)整該周期信號(hào)的占空比，就可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制。如圖1所示，當(dāng)高電平維持在1ms時(shí)，舵轉(zhuǎn)動(dòng)在45度位置。圖2的高電平維持在1.5ms，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到90度位置。圖3的高電平維持在2ms，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到135度位置。依此類推。

3 軟件設(shè)計(jì)

由于篇幅限制，這里主要介紹跟隨系統(tǒng)的信號(hào)采集代碼。在程序中定義了東西南北四個(gè)方向的傳感器信號(hào)，通過光敏模塊收集而來(lái)，再對(duì)這個(gè)路信號(hào)進(jìn)行判斷，從而確定太陽(yáng)所在方向角度，通過輸出固定的脈沖值，控制舵機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)。示例代碼如下：

4 開發(fā)過程需要注意的問題

4.1 關(guān)于舵機(jī)脈沖信號(hào)

在實(shí)踐過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生舵機(jī)的響應(yīng)的情況，通過檢查硬件連接和軟件代碼均不能發(fā)現(xiàn)問題的根源。此時(shí)就需要借助于示波器來(lái)檢查舵機(jī)的控制脈沖是否正確，包括檢查占空比系數(shù)，電壓峰值，周期，頻率等。其中最容易出問題的就是周期信號(hào)。舵機(jī)的控制信號(hào)周期在20ms，如果達(dá)不到這個(gè)參數(shù)，舵機(jī)很可能會(huì)無(wú)法響應(yīng)或者響應(yīng)錯(cuò)誤，需要重新查看軟件代碼重新調(diào)整生成的脈沖周期。

4.2 關(guān)于舵機(jī)速度與控制精度

舵機(jī)在工作時(shí)，會(huì)根據(jù)脈沖旋轉(zhuǎn)到指定的位置。旋轉(zhuǎn)的精度和速度一般需要通過代碼進(jìn)行控制。反之，就會(huì)出現(xiàn)舵機(jī)速度過快，精度差等問題，也會(huì)影響舵機(jī)壽命甚至損壞。在本文中，通過代碼設(shè)置每次轉(zhuǎn)動(dòng)最小角度為0.5度。也可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。如果想控制運(yùn)行的速度，可以通過加入延時(shí)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)光伏逐日系統(tǒng)研究與實(shí)驗(yàn)論證，證明通過舵機(jī)與光敏模塊，是可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能源的跟隨和采集功能的。利用一塊太陽(yáng)能板，再輔以相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換電路與逆變器，就可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的采集，整理與使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 裴乙僮.旋轉(zhuǎn)舵機(jī)控制方法研究[J].電子世界，2018（15）：195-196.