基于嵌入式系统的舵机控制研究

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　　摘要：本文针对利用微控制器控制舵机实现光伏逐日进行了实践研究，首先指出了目前世界上的能源概况以及光伏发电的重要作用和意义。其次，在硬件层面分析了舵机的工作原理控制方法，并介绍了光伏逐日板的整体构造。然后，从软件层面分析了舵机控制关键代码。最后，提出了几个在舵机控制中需要注意的问题，并进行了概括总结。本文对于太阳能逐日发电具备重要的参考价值。
　　关键词：光伏逐日;舵机;微控制器;嵌入式系统
　　中图分类号：TP98 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）11-0124-02
　　1 光伏发光技术
　　1.1 概念及原理
　　光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，主要原理是半导体的光电效应。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。主要组件包括太阳电池板、控制器和逆变器三大部分组成。
　　1.2 光伏发电的优缺点
　　利用太阳能进行发光，优点非常明显。首先，太阳能源没有枯竭危险，取之不尽，用之不竭;其次，太阳能源安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）;再次，不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势;最后，太阳能源质量高，建设周期短，获取能源花费的时间短。
　　2 硬件设计
　　舵机是指在自动驾驶仪中操纵飞机舵面（操纵面）转动的一种执行部件。它带有一个输出轴。当微控制器向伺服器发送一个脉冲控制信号时，舵机的输出轴就旋转的固定的角度上。并且，维持脉冲控制信号不发生变化，轴的角度位置不改变。控制信号占空比如果发生变化，输出轴的角度位置就随之改变。日常生活中，舵机常被用于遥控汽车、汽车、机器手等领域。
　　舵机在工作时，采用的是直流脉冲信号，信号要求周期在20ms左右。通过调整该周期信号的占空比，就可以实现舵机转动角度的控制。如图1所示，当高电平维持在1ms时，舵转动在45度位置。图2的高电平维持在1.5ms，舵机转动到90度位置。图3的高电平维持在2ms，舵机转动到135度位置。依此类推。
　　3 软件设计
　　由于篇幅限制，这里主要介绍跟随系统的信号采集代码。在程序中定义了东西南北四个方向的传感器信号，通过光敏模块收集而来，再对这个路信号进行判断，从而确定太阳所在方向角度，通過输出固定的脉冲值，控制舵机向某一方向旋转。示例代码如下：
　　4 开发过程需要注意的问题
　　4.1 关于舵机脉冲信号
　　在实践过程中，经常会发生舵机的响应的情况，通过检查硬件连接和软件代码均不能发现问题的根源。此时就需要借助于示波器来检查舵机的控制脉冲是否正确，包括检查占空比系数，电压峰值，周期，频率等。其中最容易出问题的就是周期信号。舵机的控制信号周期在20ms，如果达不到这个参数，舵机很可能会无法响应或者响应错误，需要重新查看软件代码重新调整生成的脉冲周期。
　　4.2 关于舵机速度与控制精度
　　舵机在工作时，会根据脉冲旋转到指定的位置。旋转的精度和速度一般需要通过代码进行控制。反之，就会出现舵机速度过快，精度差等问题，也会影响舵机寿命甚至损坏。在本文中，通过代码设置每次转动最小角度为0.5度。也可以在此基础上进行修改。如果想控制运行的速度，可以通过加入延时函数实现。
　　5 结语
　　通过对光伏逐日系统研究与实验论证，证明通过舵机与光敏模块，是可以实现太阳能源的跟随和采集功能的。利用一块太阳能板，再辅以相应的电压转换电路与逆变器，就可以实现太阳能的采集，整理与使用。
　　参考文献
　　[1] 裴乙僮.旋转舵机控制方法研究[J].电子世界，2018（15）：195-196.
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