基于 FPGA XC3S1500開(kāi)發(fā)板的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統

　　首先系統根據計時(shí)模塊計算出當前的時(shí)間，包括當日在一年中的日期序數dn(單位：日)及當前的時(shí)刻T(單位：h)，然后再根據日出日落時(shí)間計算模塊確定當日的日出和日落時(shí)間，以便判斷當時(shí)時(shí)間是否在日出后日落前。在程序計算過(guò)程中，利用太陽(yáng)高度角和方位角計算模塊計算當前太陽(yáng)的位置，并與上次計算的太陽(yáng)的位置作差，分別計算出當前跟蹤裝置高度和方位需要調整的角度及其旋轉方向，并隨后進(jìn)入步進(jìn)電機脈沖驅動(dòng)模塊。首先調整高度角，判斷高度角差值的正負，驅動(dòng)高度方向的步進(jìn)電機旋轉。高度角步進(jìn)電機停止旋轉后調整方位角。判斷方位角正負，驅動(dòng)方位角步進(jìn)電機按照偏差旋轉相應的角度。一次跟蹤后，在一定的時(shí)間間隔T后，系統再次提取時(shí)間計算、判斷、旋轉電機。當日落時(shí)間到時(shí)，控制步進(jìn)電機旋轉至次日太陽(yáng)升起的位置并恢復初始狀態(tài)。由此本系統就實(shí)現了對太陽(yáng)的全天候、實(shí)時(shí)跟蹤。

　　3 基于FPGA的太陽(yáng)跟蹤系統各模塊設計

　　太陽(yáng)跟蹤系統模塊圖如圖4所示。這里對基于FPGA的太陽(yáng)實(shí)時(shí)跟蹤系統建立的計時(shí)模塊、日出日落時(shí)間計算模塊、高度角方位角計算模塊、步進(jìn)電機脈沖產(chǎn)生模塊的設計及結果進(jìn)行詳細的介紹。

　　3.1 計時(shí)模塊

　　視日運動(dòng)跟蹤方法需要時(shí)間和地理緯度信息，一般的太陽(yáng)跟蹤系統的位置固定，可以自行設定其地理緯度值。對于時(shí)間建立了計時(shí)模塊，通過(guò)對時(shí)鐘進(jìn)行多級分頻輸出視日運動(dòng)跟蹤算法所需的間信息。

　　3.2 太陽(yáng)日出日落時(shí)間計算模塊

　　此模塊計算每天太陽(yáng)的日出日落時(shí)間，據此保證在太陽(yáng)的照射時(shí)間范圍內，太陽(yáng)跟蹤系統正常運行，在非照射時(shí)間，太陽(yáng)跟蹤系統處于休眠狀態(tài)。太陽(yáng)的日出日落時(shí)間即太陽(yáng)的高度角為零的時(shí)間。由高度角計算公式(8)和時(shí)角計算公式(9)推出太陽(yáng)的日出日落時(shí)間公式(10)。

　　太陽(yáng)日出日落時(shí)間計算模塊仿真波形如圖5所示，輸出為10 b Q4格式，dn為時(shí)間序號，其中richu代表日出時(shí)刻，riluo代表日落時(shí)刻。對太陽(yáng)日出日落模塊輸出結果分析如表1所示，dn為仿真隨機選取的日期，太陽(yáng)日出日落時(shí)間只與dn有關(guān)。對該模塊輸出的10 b Q4格式的時(shí)間計算其實(shí)際的代表值，并與理論計算值做比較，經(jīng)計算其輸出時(shí)間誤差很小，該模塊能夠準確計算出日出日落時(shí)間。

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