基于嵌入式系統的舵機控制研究

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。本文對于太陽能逐日發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

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

1 光伏發光技術

1.1 概念及原理

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術，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 光伏發電的優缺點

利用太陽能進行發光，優點非常明顯。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勢;最后，太陽能源質量高，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）轉動的一種執行部件。它帶有一個輸出軸。當微控制器向伺服器發送一個脈沖控制信號時，舵機的輸出軸就旋轉的固定的角度上。并且，維持脈沖控制信號不發生變化，軸的角度位置不改變。控制信號占空比如果發生變化，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。通過調整該周期信號的占空比，就可以實現舵機轉動角度的控制。如圖1所示，當高電平維持在1ms時，舵轉動在45度位置。圖2的高電平維持在1.5ms，舵機轉動到90度位置。圖3的高電平維持在2ms，舵機轉動到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。示例代碼如下：

4 開發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，經常會發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現問題的根源。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，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，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，會根據脈沖旋轉到指定的位置。旋轉的精度和速度一般需要通過代碼進行控制。反之，就會出現舵機速度過快，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實現。

5 結語

通過對光伏逐日系統研究與實驗論證，證明通過舵機與光敏模塊，是可以實現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換電路與逆變器，就可以實現太陽能的采集，整理與使用。

參考文獻

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