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单片机很好玩14，制作“人工向日葵”，自动寻光

 4 years ago
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上一节介绍了如何使用C语言编程单片机控制步进电机转动，在文章最后提到，只要再结合感光器件，我们就能够制作一个“人工向日葵”，如下图：

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可以看出，单片机控制步进电机带着“箭头”始终指向光源，就好像向日葵一直跟着太阳一样。怎么做呢？

两项基本工作

这里仍然计划使用 51 单片机作为控制中心，那么要制作“人工向日葵”，需要先完成两项基本工作：一是获取光源的方向，知道光源在哪个方向后，还要有能力带着“箭头”转动，直到指向光源。完成这两项基本工作后，剩下的工作就简单了。

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先来看看怎样带着“箭头”转动

还记得上一节介绍的步进电机吗？它就非常适合完成这些工作，将箭头粘在步进电机的转动轴上，单片机驱动步进电机转动就可以带动“箭头”转动了。关于单片机如何驱动步进电机，这里就不赘述了，感到陌生的朋友可以看看上一节的文章。

再来看看如何获取光源方向

对我们人类来说，要判断光源方向实在太简单了，看一看周围就知道了，基本上光线最强的方向就是光源的方向。那么，单片机该怎样判断光源方向呢？

参照人类判断光源方向的方法，单片机首先要能“看到”环境光线情况。如何让单片机“看到”环境光线，第 11 节和第 12 节已经介绍的比较清楚了。这里还是采用和之前一样的方法：借助于光敏电阻。

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光敏电阻的阻值会随着照射在它表面的光纤强度的改变而改变，利用欧姆定律，很容易将这种阻值变化转换为电压值变化，再利用 ADC 模块，单片机就可以通过 ADC 采样值，间接感知环境的光线情况了。

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现在单片机能看到环境光线了，那怎样判断光源方向呢？似乎可以采取这样的办法：将光敏电阻粘在步进电机的转动轴上，然后利用单片机驱动步进电机带着光敏电阻转动，先“看一看”四周的光线，沿途记录光强值，转完一圈后，光强最强的方向就是光源的方向，再驱动步进电机转回来。

可是这种方法有个比较大的缺陷：如果想始终控制“箭头”指向光源，步进电机是不能停的，它得不停的检测四周的光线强度。这时，我们从外界看，箭头的方向是哪里呢？其实没有方向，它一直在转动。

可能你会说：可以在找到光源以后，驱动步进电机带着箭头转回来之后，停一会不就行了吗？可是步进电机停下后，不就没法“始终”指向光源方向了吗？所以，采取一个光敏电阻很难达成目标。

只用一个光敏电阻，至少我想不到好办法，如果读者有什么好办法，可以在评论区回复，让我长长见识。

也是考虑了好一会儿，决定使用两个光敏电阻，中间使用隔板挡开，如下图。

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正常情况下，除非正对着光源，否则总有一个光敏电阻接收的光线更强，而接收到更强光线的那个光敏电阻一般就在光源方向，这时驱动步进电机带着光敏电阻往光源方向转动就可以了。

当两个电阻接收的光线强度相差无几时，就可以停下了，一旦光强差较大，就继续驱动步进电机往光较强方向转动，这样就实现了“人工向日葵”的基本功能：始终指向光源方向。

但是这种方法要求两个光敏电阻有相同的光响应曲线，而世界上不可能有一模一样的东西，所以这里使用了可调电阻，如下图：

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通过调节可调电阻，可以尽力让两个光敏电阻的响应特性接近。

编写C语言程序，实现“人工向日葵”的设计

现在思路和设计都有了，写C语言代码就简单了，毕竟重在设计，写代码本身没有什么技术含量。ADC 模块的相关C语言代码，我们之前已经写过很多次了，这里需要说明的是，P1ASF 寄存器决定开启几个通道的 ADC，因为我们的设计需要两路，所以给 P1ASF 赋值为 0x03，表示使用单片机的 P1.0 和 P1.1 作为 ADC 采样输入口了。

void adc_init()
{
    P1ASF = 0x03;       
    ADC_RES = 0;
    ADC_CONTR = ADC_POWER|ADC_SPEEDLL;
    delay_about_100ms(2);
}

步进电机相关的C语言代码上一节已经介绍，这里不再赘述。主控程序的C语言代码如下：

void main()
{
    WORD res0 = 0, res1 = 0;

    adc_init();

    while(1){
        res0 = get_adc_res(0);
        res1 = get_adc_res(1);
        if(res0-20 > res1)
            MotorTurnBack(100);
        else if(res1-20 > res0)
            MotorTurn(100);
    }
}
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因为两个光敏电阻不可能完全一样，所以代码中有一个 20 的光强阈值，只有光强差超过 20 时，系统才认为需要转动步进电机调整箭头方向。而且，设定 20 作为阈值，也能防止因为电路噪声，或者光源不稳定导致的箭头抖动问题。

现在编译C语言程序，烧写到单片机，发现我们成功了。

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现在有了“人工向日葵”，我们可以在此基础上再做一些好玩又有用的东西：比如一款追着光源跑的小车，再比如一个自动追着太阳方向的晒鞋器，甚至，可以用在现在非常火热的新能源光伏发电上，想想看，光能发电板始终正对着太阳，能提升多少发电效率啊


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