基于嵌入式系統(tǒng)的舵機控制研究

王雪

摘要：本文針對利用微控制器控制舵機實現(xiàn)光伏逐日進行了實踐研究，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控制關鍵代碼。最后，提出了幾個在舵機控制中需要注意的問題，并進行了概括總結(jié)。本文對于太陽能逐日發(fā)電具備重要的參考價值。

關鍵詞：光伏逐日;舵機;微控制器;嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：TP98 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0124-02

1 光伏發(fā)光技術

1.1 概念及原理

光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術，主要原理是半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，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，成為光電子。主要組件包括太陽電池板、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

利用太陽能進行發(fā)光，優(yōu)點非常明顯。首先，太陽能源沒有枯竭危險，取之不盡，用之不竭;其次，太陽能源安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈（無公害）;再次，不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢;最后，太陽能源質(zhì)量高，建設周期短，獲取能源花費的時間短。

2 硬件設計

舵機是指在自動駕駛儀中操縱飛機舵面（操縱面）轉(zhuǎn)動的一種執(zhí)行部件。它帶有一個輸出軸。當微控制器向伺服器發(fā)送一個脈沖控制信號時，舵機的輸出軸就旋轉(zhuǎn)的固定的角度上。并且，維持脈沖控制信號不發(fā)生變化，軸的角度位置不改變。控制信號占空比如果發(fā)生變化，輸出軸的角度位置就隨之改變。日常生活中，舵機常被用于遙控汽車、汽車、機器手等領域。

舵機在工作時，采用的是直流脈沖信號，信號要求周期在20ms左右。通過調(diào)整該周期信號的占空比，就可以實現(xiàn)舵機轉(zhuǎn)動角度的控制。如圖1所示，當高電平維持在1ms時，舵轉(zhuǎn)動在45度位置。圖2的高電平維持在1.5ms，舵機轉(zhuǎn)動到90度位置。圖3的高電平維持在2ms，舵機轉(zhuǎn)動到135度位置。依此類推。

3 軟件設計

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

4 開發(fā)過程需要注意的問題

4.1 關于舵機脈沖信號

在實踐過程中，經(jīng)常會發(fā)生舵機的響應的情況，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。此時就需要借助于示波器來檢查舵機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。舵機的控制信號周期在20ms，如果達不到這個參數(shù)，舵機很可能會無法響應或者響應錯誤，需要重新查看軟件代碼重新調(diào)整生成的脈沖周期。

4.2 關于舵機速度與控制精度

舵機在工作時，會根據(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行控制。反之，就會出現(xiàn)舵機速度過快，精度差等問題，也會影響舵機壽命甚至損壞。在本文中，通過代碼設置每次轉(zhuǎn)動最小角度為0.5度。也可以在此基礎上進行修改。如果想控制運行的速度，可以通過加入延時函數(shù)實現(xiàn)。

5 結(jié)語

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

參考文獻

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