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

　　3.3 太陽(yáng)高度角方位角計算模塊

　　當時(shí)間為正常光照時(shí)間時(shí)，太陽(yáng)跟蹤系統每隔5 min就會(huì )進(jìn)入太陽(yáng)高度角方位角進(jìn)行計算。計時(shí)模塊輸出給太陽(yáng)高度角方位角模塊所需的時(shí)間信息，然后計算赤道坐標系下的赤緯角和時(shí)角，最后計算高度角方位角坐標系下的高度角和方位角值，并輸出高度角和方位角值如圖6所示，仿真波形如圖7所示。高度角和方位角輸出均為10 b Q7格式。

　　在視日運動(dòng)跟蹤算法中最重要的是準確計算出當前的太陽(yáng)相對于地球的高度角和方位角，其計算準確性影響太陽(yáng)能裝置的能量接受效率。表2表示在dn=100時(shí)，不同的時(shí)間輸出的太陽(yáng)的高度角及方位角值，都為10 b Q7格式，計算其實(shí)際代表值，并與理論值相比較，誤差很小，說(shuō)明該模塊能夠準確計算出太陽(yáng)的高度角和方位角。

　　3.4 步進(jìn)電機脈沖控制模塊

　　步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片選擇了3955SB，本設計選擇步進(jìn)電機的1/8步運行模式，即每步可以達到0.225°。由太陽(yáng)的高度角方位角計算模塊輸出的高度角和方位角及上一次輸出的高度角方位角值，決定高度和方位需要轉動(dòng)的角度，然后確定高度角步進(jìn)電機和方位角步進(jìn)電機的脈沖個(gè)數。根據步進(jìn)電機的步進(jìn)順序輸出16位數字信號來(lái)控制實(shí)現兩臺兩相步進(jìn)電機高度和方位上旋轉的角度及其旋轉方向。由實(shí)驗結果可知，該模塊能夠按照輸入的電機轉動(dòng)的脈沖個(gè)數進(jìn)行輸出，并在電機完成旋轉要求后能夠保持穩定狀態(tài)。當有新的轉動(dòng)輸入后能夠在原來(lái)的狀態(tài)上輸出。

　　4 結語(yǔ)

　　本文設計的太陽(yáng)跟蹤系統適用于太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能灶、太陽(yáng)能電池等需要跟蹤太陽(yáng)地裝置。跟蹤控制系統采用了視日運動(dòng)跟蹤方法，通過(guò)基于FPGA的高度角方位角計算模塊準確計算出太陽(yáng)的高度角和方位角。利用轉動(dòng)精確的步進(jìn)電機驅動(dòng)，可以精確地跟蹤太陽(yáng)，有效提高太陽(yáng)跟蹤裝置的太陽(yáng)能吸收效率。