光电检测课程设计--基于太阳能光电搬运系统设计.docVIP

《光电检测课程设计》 题目名称： 基于太阳能光电搬运系统设计 班 级： 姓 名： 指导教师： ----------学院 2010年 12 月 28 日 一、研究意义及国内外的发展现状 目前太阳能已经广泛应用于各个领域，但在小车上的应用却很少。现在的搬运车大都是使用石油燃料和电能，这会照成一定的环境污染和能源浪费，而太阳能作为无限能源和绿色能源投资小、效率高、无污染。 二、研究内容 使用完全由太阳能电池供电的小车搬运重物，这样可以减少资源的使用而提高了工作效率。在不同场合都可以得到应用。 三、研究方案与技术路线 该项目的硬件可分为以下四大部分：太阳能采集与供电模块，电机驱动及其控制模块，激光制导模块，中央控制单元。 1.系统组成 图1 系统框图 2、各个模块的具体方案 （1）太阳能电池板与直流—直流降压模块 通过多个太阳能电池的组合初步获得20V左右的直流电压。20V可有力驱动减速电机。而信号部分使用5V电压，可以用DC—DC模块获得。 （2）MCU 采用51单片机作为主控制单元 本队打算采用51单片机作为系统的主控制单元，用于处理各种输入信息并控制各模块执行相关动作。主要输入信息有阳光方位信号、激光架束信号、车轮转速信号；主要输出信息有减速电机速度，步进电机旋转角度。 以上介绍的只是单片机的主要工作。除此之外，为适应赛场上的各种情况，需要小车有其他相应功能，故单片机还需要处理一些附加信息并发出相关命令。例如： 为了使操作小车的队员确认激光束已经对准小车上的传感器，需要小车在接收到激光信号时能够发出声音或者发出光信号告诉操纵者激光已对准传感器。 在小车行进起段与末段或当小车的驾束制导传感器被障碍物遮挡时，操作队员就要用激光对准安放在小车较高的位置上的传感器，告诉小车此时应该直线前行。 如果小车在行进过程中意外脱离控制，需要重新对小车的姿态进行调整。虽然小车具备走直线的功能，但还不够，还需要具备原地旋转功能，才能保证小车在误入赛场中的任意一个不该出现的角落时，操作队员都可以将其调整回到正确的线路中。所以我们还会在小车上再额外安装一传感器，当此传感器接收到信号时，小车原地旋转。 单片机的资源是有限的。对于单片机有限的I/O口资源，我们会尽量利用各种芯片，尽量使用串行通信；来节省I/O口。在时间上合理安排各模块占用单片机资源的比例。 （3）阳光方向检测与太阳能电池板的方向调节 阳光方向检测模块用于检测阳光的方向。模块采用象限传感器（三个红外接收管分别置于三个圆筒内部），如下图所示 图2太阳能电池板模块结构图 图3象限传感器 此图为检测阳光方向的象限传感器，也就是上图中的绿色部分。其两侧的圆柱实际上是被“削尖”了的，以便能优先检测到本侧阳光。如本图，左侧的那个光电三极管接收的太阳光最强。 象限传感器可以自制，如上所述。也可以购买现成产品。 但光电三极管接收到的信号不能作为开关信号（即0，1状态）交给后方电路判断，因为这样会降低象限传感器的分辨率。我们打算将接收到的光信号强度量化为三个等级（关断，线性，导通）以提高象限传感器对阳光方向的分辨精度，即能够针对电池板偏离阳光方向的不同程度提供多个档次的信号，进而更准确的判别阳光方向。 此模块可感知来自不同方向红外辐射强弱的差异，将电信号传给单片机，判断阳光的方向，进而控制步进电机调整太阳能电池板的朝向，使太阳能电池板尽量正对太阳。 太阳能电池板支架可进行水平方向与竖直方向两个自由度的转动。水平方向由电机进行自动控制。竖直方向角度由太阳“高度”决定，可以在赛前人为调整并锁定，6分钟之内此仰角会一直比较合适，无需调整。 （4）激光制导模块 方案一： 半主动式自动引导 激光制导信号为调制过的占空比恒定的激光脉冲，由手持激光器发出并照射到小车前方的地面上。小车上的象限传感器对激光点进行粗略定位，并引导小车追逐激光点。关键问题是比赛场地可能为黑色地面，并且比较粗糙。如果激光直接照射到场地上可能不会产生比较理想的漫反射光。那么就要考虑如何使激光信号产生有效的漫反射，以便小车捕捉。 方法1：本队操作者将激光束照射到预先在赛场上设置的不同位置的漫反射屏幕上，对小车的航向进行导引。但缺点是只能按较为固定的步骤对小车进行引导。 方法2：赛前，用白色或红色的纸张铺在小车行进的路线上。这样便可较灵活的将激光信号手动照射到路线上的任何位置。 方法3：可以考虑结合方案一，二的优点。 用于检测激光点方位的象限传感器原理同阳光方向检测所用的象限传感器相同。只是具体结构及光接收器件工作波段有所不同。 方案二： 激光驾束制导