2 軟件設(shè)計

　　本文介紹的控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用了結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設(shè)計方法。主程序初始化完畢之后，即進入等待狀態(tài)，單片機控制運行交由中斷服務(wù)程序控制。所需完成的功能主要由子模塊實現(xiàn)。各部分獨立完成一定的功能，又有機的結(jié)合為一個整體，完成所要求的控制任務(wù)。

　　程序的結(jié)構(gòu)如圖7所示。主程序包括初始化、最初的A／D轉(zhuǎn)換程序。整個程序周期里，初始化程序只在主程序第一次執(zhí)行時執(zhí)行一次。初始化之后，進行最初A／D轉(zhuǎn)換，實際上等于對A／D轉(zhuǎn)換濾波器置初始值。

　　2．1 定時器1溢出中斷服務(wù)程序

　　定時器1溢出中斷服務(wù)程序包含多個模塊，先后在一個T1溢出周期內(nèi)執(zhí)行完畢。這些模塊包括：控制算法、控制量輸出、A／D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換結(jié)果處理和分析、異常處理等部分。通過每次T1溢出，周期性的采樣、反饋比較、調(diào)整、輸出，從而實現(xiàn)控制策略。

　　2．2 控制算法

　　編制控制算法子程序包括以下幾個步驟：計算當(dāng)前期望位置；計算補償通道輸出值；計算當(dāng)前實際位置；計算誤差和誤差通道輸出值；補償通道輸出值和誤差通道輸出值相加。

　　2．3 控制量輸出

　　單片機輸出的控制量為脈沖輸出，脈沖量的輸出可以通過軟件定時器，規(guī)定脈沖輸出的問隔時間，從而規(guī)定了脈沖輸出的頻率。

　　2．4 A／D轉(zhuǎn)換及其轉(zhuǎn)換結(jié)果處理和分析

　　雖然硬件上對模擬輸入進行了低通濾波，但是仍然會有一些因素可能造成模擬輸入量出現(xiàn)較大的誤差。為了防止這種情況的發(fā)生，需要進行軟件濾波，即數(shù)字濾波處理。數(shù)字濾波有許多優(yōu)點：

　?。?）數(shù)字濾波器是由程序?qū)崿F(xiàn)的，不需增加硬件設(shè)備，數(shù)字濾波可以有多個輸入通道共用，因而成本低。

　?。?）數(shù)字濾波由程序?qū)崿F(xiàn)，不需要硬件設(shè)備，因而可靠性好，穩(wěn)定性高，不存在阻抗匹配問題。

　　（3）數(shù)字濾波使用靈活，修改方便。而本文采用了算術(shù)平均值濾波方法。

　　2．5 異常處理

　　程序運行中會發(fā)生多種異常情況，有些可以通過檢查輸入數(shù)據(jù)判斷，而有一些情況系統(tǒng)可以自行校正。光電傳感器誤差信號超出死區(qū)也應(yīng)視為異常情況?？赡艿脑蚴浅霈F(xiàn)了一干擾光源或太陽能板與太陽位置發(fā)生偏離。為了避免在多云情況下的盲目跟蹤，如果輻射強度沒有達到特定值，則對于誤差信號超出死區(qū)不作任何操作。太陽能板與太陽位置發(fā)生偏離的情況下，系統(tǒng)有能力自動的回復(fù)運行狀態(tài)。

　　在每次定時器T1中斷時，系統(tǒng)都檢查控制字。當(dāng)控制字表明系統(tǒng)在校正狀態(tài)時，輸出控制量的值由預(yù)期位置量和光電傳感器誤差信號共同計算產(chǎn)生。

　　3 結(jié)語

　　系統(tǒng)采用特制的四象限硅光電池作為太陽跟蹤誤差校正用傳感器，并且采用AT89C51單片機作為智能單元，可以實現(xiàn)成本較低的全自動太陽跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)具備較好的穩(wěn)定性，并能夠達到相當(dāng)好的精確度和靈活性。理論分析和設(shè)計結(jié)果表明，本方法可以滿足太陽跟蹤控制的要求。