发表于：2009/12/28 15:15:39
#0楼
作者：冰漠 来源：本站原创 发布时间：2008-2-26 15:02:08
摘要：基于32位arm单片机lpc2124技术，利用强大的外围功能，设计了太阳能led交通灯。该系统采用经纬分析算法、快速、准确地了解太阳位置，并进行同步跟踪，以保证获得最大效率的太阳能。实验室调试情况表明，装置工作稳定、实时性好，能够正确完成对太阳跟踪和交通指示。
关键词 ：lpc2124 ；uc/os-ii；太阳能自动跟踪；经纬分析算法
0 引言
太阳能led交通灯是新一代高科技交通应用产品，采用高亮度led作为发光源，安全、节能、可视性强、安装简便、使用寿命长、工作稳定可靠。太阳能发电的优点：独立供电，无需预埋输电线，环保美观，拆装简易方便，可免去远距离敷设电缆时对植被和环境的破坏，广泛用于乡村、海岛、高速公路等地方交通管理。
本文以基于arm7的32位嵌入式微控器lpc2124为硬件核心，uc/os-ii嵌入式实时操作系统为软件平台，采用经纬分析算法设计并实现了一套嵌入式太阳能led交通灯并具有图形化人机界面、信号处理系统。该系统不仅结构简单、成本低，而且跟踪过程不必人工干预，在天气变化比较复杂的情况下，系统也能正常工作，克服一般太阳能led交通灯受天气影响大，太阳能利用率低的缺点，因此具有广阔的应用前景。
1 跟踪方案
该跟踪器采用地平坐标系跟踪方式，主要由水平回转转台、垂直回转转台、两台步进电机以及太阳能电池组成。太阳能电池固定在台架平面上，水平转台相当于太阳能电池的方位轴，由一台步进电机驱动，绕垂直于当地水平面的轴旋转，用以跟踪太阳的方位角，其控制流程为：步进电机→谐波减速器(降速增矩、角度细分) →水平回转转台。减速器的传动比为1:120，电机转动120°时水平转台相应转动1°，以步进电机0.36°的步距角计算，当水平转台转动1°时，步进电机发出120/0.36 个脉冲，由此可以计算太阳能电池方位角为a时步进电机发出的脉冲数为120a/0.36个；另一台步进电机驱动同步带轮带动丝杠螺母旋转，使丝杠进行直线运动，相当于改变俯仰轴转角用以改变集热器的倾斜度，从而跟踪太阳的高度角，其控制流程为:步进电机→同步带轮(传递动力) →丝杠螺母(旋转运动) →丝杠(直线运动)。同步带轮与丝杠的传动比为2:1，当步进电机转动1圈即360°时丝杠螺母转动半圈，丝杠相应走过3mm，由此通过太阳能电池台架的倾角变化计算出丝杠直线运动的距离，再经过传动比换算出步进电机应转动的角度，根据0.36°的步距角就可以算出相应的脉冲数。
2 软硬件实现
该led交通灯采用二个步进电机驱动，一个光电传感器，一个蓄电池，还有一个主控制器。光电传感器用于采集现场亮度，主控制器需要对实时时钟的处理、运算、输出驱动脉冲，要求比较高。经过比较最终选定philips公司基于32位arm7tdmi—s内核的低功耗arm处理器lpc2124作为控制系统主控制器。利用其强大的外围功能，特别是内含实时时钟带来不少的方便。硬件如图3。lpc2124还具有以下特性：
[URL=http://www.chinaet.net/thesis/uploadpic/2008-2/200822614544465118.gif]
![图]()
[/URL]
◆ 256kb片内flash程序存储器，带isp和iap功能；
◆ 16kb静态ram；
◆ 向量中断控制器；
◆ 双uart，其中一个带有调制解调器接口；
◆ 2个定时器分别具有4路捕获／比较通道；
◆ 多达6路输出的pwm单元；
◆ 看门狗定时器；
◆ 通用i／0口；
◆ cpu操作频率可达60mhz；
◆ 两个低功耗模式，空闲和掉电；
◆ 通过外部中断，将处理器从掉电模式中唤醒；
◆ 4路10位a/d转换器，转换时间低至2.44μs；
本系统采用uc/os-ii作为操作系统，uc/os-ii属于抢先式剥夺型实时内核，永远保证优先级最高的就绪任务的运行。uc/os-ii可以完成各任务之间的调度和同步，协调硬件资源。各个任务之间通过信号量、邮箱、消息队列等通信机制进行数据共享及任务通信。基于uc/os-ii嵌入式操作系统平台编程的关键在于任务的划分以及优先级的确定。负责
任务
的调度和任务间通信。本系统一共设有5个任务：跟踪任务、界面交互任务、交通指任务、充电保护任务和网络服务任务。跟踪任务在就绪状态下被实时时钟中断唤醒，任务实现如图4。同时该任务还可以和网络服务任务和界面交互任务通信，接受用户的参数更改。界面任务选择在串口终端或lcd上显示用户信息，并接受键盘输入，根据输入对系统工作参数、显示方式等做出相应调整，或将指令传递给跟踪任务。网络任务实现远程监控通信。
[URL=http://www.chinaet.net/thesis/uploadpic/2008-2/200822614545919013.gif]
![图]()
[/URL]
5个任务的优先级安排从高到低为：充电保护任务——界面任务——跟踪任务——网络服务——交通指示任务。
3 结论
该系统采用自动跟踪太阳提高了太阳能的使用效率，整套系统成本低，精度高，克服了光电跟踪的缺点：光电太阳光垂直照射时，光敏电阻受聚光器的遮挡接收不到光照，没有信号输出，电机不转动。当太阳光倾斜人射时，光敏电阻输出偏差信号，使电机带动太阳能电池转动完成跟踪。结构设计简单，但受天气影响较大，例如多云天气会试图跟踪云层边缘的亮点，电机往复运行，造成了能源的浪费和部件的额外磨损。为太阳能利用提供有益的探索。
参考文献
［１］ 浜川圭弘，等．太阳光发电．田小平，等译［m］．北京：新时代出版社，1979．
［２］ 冷长庚．太阳能及其利用［m］．北京：科学出版社，1975．
［３］ 郭廷玮，刘鉴明等．太阳能的利用［m］．北京：科技文献出版社，1987．
［４］ 郑小年 ，黄巧燕．太阳跟踪方法及应用［j］．能源技术，2003，24(4)：149—151．
［５］ 陈维，李戬洪．抛物柱面聚焦的几种跟踪方式的光学性能分析[j]．太阳能学报，2003，24(4)：478—479．
［６］ jean. labrosse．嵌入式实时操作系统 uc/os-ii．第2版邵贝贝 ，等译［m］．北京：北京航空航天大学出版社，2003．
周立功等编著．arm微控制器基础与实战（第2版）［m］．北京：北京航空航天大学出版社，2005．
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原文地址： Http://blog.gkong.com/more.asp?id=108150&Name=xujingshu
摘要：基于32位arm单片机lpc2124技术，利用强大的外围功能，设计了太阳能led交通灯。该系统采用经纬分析算法、快速、准确地了解太阳位置，并进行同步跟踪，以保证获得最大效率的太阳能。实验室调试情况表明，装置工作稳定、实时性好，能够正确完成对太阳跟踪和交通指示。
关键词 ：lpc2124 ；uc/os-ii；太阳能自动跟踪；经纬分析算法
0 引言
太阳能led交通灯是新一代高科技交通应用产品，采用高亮度led作为发光源，安全、节能、可视性强、安装简便、使用寿命长、工作稳定可靠。太阳能发电的优点：独立供电，无需预埋输电线，环保美观，拆装简易方便，可免去远距离敷设电缆时对植被和环境的破坏，广泛用于乡村、海岛、高速公路等地方交通管理。
本文以基于arm7的32位嵌入式微控器lpc2124为硬件核心，uc/os-ii嵌入式实时操作系统为软件平台，采用经纬分析算法设计并实现了一套嵌入式太阳能led交通灯并具有图形化人机界面、信号处理系统。该系统不仅结构简单、成本低，而且跟踪过程不必人工干预，在天气变化比较复杂的情况下，系统也能正常工作，克服一般太阳能led交通灯受天气影响大，太阳能利用率低的缺点，因此具有广阔的应用前景。
1 跟踪方案
该跟踪器采用地平坐标系跟踪方式，主要由水平回转转台、垂直回转转台、两台步进电机以及太阳能电池组成。太阳能电池固定在台架平面上，水平转台相当于太阳能电池的方位轴，由一台步进电机驱动，绕垂直于当地水平面的轴旋转，用以跟踪太阳的方位角，其控制流程为：步进电机→谐波减速器(降速增矩、角度细分) →水平回转转台。减速器的传动比为1:120，电机转动120°时水平转台相应转动1°，以步进电机0.36°的步距角计算，当水平转台转动1°时，步进电机发出120/0.36 个脉冲，由此可以计算太阳能电池方位角为a时步进电机发出的脉冲数为120a/0.36个；另一台步进电机驱动同步带轮带动丝杠螺母旋转，使丝杠进行直线运动，相当于改变俯仰轴转角用以改变集热器的倾斜度，从而跟踪太阳的高度角，其控制流程为:步进电机→同步带轮(传递动力) →丝杠螺母(旋转运动) →丝杠(直线运动)。同步带轮与丝杠的传动比为2:1，当步进电机转动1圈即360°时丝杠螺母转动半圈，丝杠相应走过3mm，由此通过太阳能电池台架的倾角变化计算出丝杠直线运动的距离，再经过传动比换算出步进电机应转动的角度，根据0.36°的步距角就可以算出相应的脉冲数。
2 软硬件实现
该led交通灯采用二个步进电机驱动，一个光电传感器，一个蓄电池，还有一个主控制器。光电传感器用于采集现场亮度，主控制器需要对实时时钟的处理、运算、输出驱动脉冲，要求比较高。经过比较最终选定philips公司基于32位arm7tdmi—s内核的低功耗arm处理器lpc2124作为控制系统主控制器。利用其强大的外围功能，特别是内含实时时钟带来不少的方便。硬件如图3。lpc2124还具有以下特性：
[URL=http://www.chinaet.net/thesis/uploadpic/2008-2/200822614544465118.gif]
[/URL]
◆ 256kb片内flash程序存储器，带isp和iap功能；
◆ 16kb静态ram；
◆ 向量中断控制器；
◆ 双uart，其中一个带有调制解调器接口；
◆ 2个定时器分别具有4路捕获／比较通道；
◆ 多达6路输出的pwm单元；
◆ 看门狗定时器；
◆ 通用i／0口；
◆ cpu操作频率可达60mhz；
◆ 两个低功耗模式，空闲和掉电；
◆ 通过外部中断，将处理器从掉电模式中唤醒；
◆ 4路10位a/d转换器，转换时间低至2.44μs；
本系统采用uc/os-ii作为操作系统，uc/os-ii属于抢先式剥夺型实时内核，永远保证优先级最高的就绪任务的运行。uc/os-ii可以完成各任务之间的调度和同步，协调硬件资源。各个任务之间通过信号量、邮箱、消息队列等通信机制进行数据共享及任务通信。基于uc/os-ii嵌入式操作系统平台编程的关键在于任务的划分以及优先级的确定。负责
任务
的调度和任务间通信。本系统一共设有5个任务：跟踪任务、界面交互任务、交通指任务、充电保护任务和网络服务任务。跟踪任务在就绪状态下被实时时钟中断唤醒，任务实现如图4。同时该任务还可以和网络服务任务和界面交互任务通信，接受用户的参数更改。界面任务选择在串口终端或lcd上显示用户信息，并接受键盘输入，根据输入对系统工作参数、显示方式等做出相应调整，或将指令传递给跟踪任务。网络任务实现远程监控通信。
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5个任务的优先级安排从高到低为：充电保护任务——界面任务——跟踪任务——网络服务——交通指示任务。
3 结论
该系统采用自动跟踪太阳提高了太阳能的使用效率，整套系统成本低，精度高，克服了光电跟踪的缺点：光电太阳光垂直照射时，光敏电阻受聚光器的遮挡接收不到光照，没有信号输出，电机不转动。当太阳光倾斜人射时，光敏电阻输出偏差信号，使电机带动太阳能电池转动完成跟踪。结构设计简单，但受天气影响较大，例如多云天气会试图跟踪云层边缘的亮点，电机往复运行，造成了能源的浪费和部件的额外磨损。为太阳能利用提供有益的探索。
参考文献
［１］ 浜川圭弘，等．太阳光发电．田小平，等译［m］．北京：新时代出版社，1979．
［２］ 冷长庚．太阳能及其利用［m］．北京：科学出版社，1975．
［３］ 郭廷玮，刘鉴明等．太阳能的利用［m］．北京：科技文献出版社，1987．
［４］ 郑小年 ，黄巧燕．太阳跟踪方法及应用［j］．能源技术，2003，24(4)：149—151．
［５］ 陈维，李戬洪．抛物柱面聚焦的几种跟踪方式的光学性能分析[j]．太阳能学报，2003，24(4)：478—479．
［６］ jean. labrosse．嵌入式实时操作系统 uc/os-ii．第2版邵贝贝 ，等译［m］．北京：北京航空航天大学出版社，2003．
周立功等编著．arm微控制器基础与实战（第2版）［m］．北京：北京航空航天大学出版社，2005．
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