基于TMS320F2812的太陽(yáng)跟蹤器系統設計

2 跟蹤器體系結構設計

根據上述工作原理，本設計以太陽(yáng)位置計算的方法為主要跟蹤方式，采用硅光電池傳感器進(jìn)行角度偏差反饋，設計了高精度太陽(yáng)跟蹤器。

2．1 主要控制電路硬件設計

硬件結構框圖如圖4所示。選用TI公司32位定點(diǎn)數字信號處理器TMS320F2812和Altera公司的CPLDEPM3256為主協(xié)處理器。由DSP完成計算與控制算法，并產(chǎn)生用于步進(jìn)電機控制的SPWM波；輸入／輸出接口采用光電隔離；驅動(dòng)器電路選擇IPM模塊，可以達到功率驅動(dòng)的目的，進(jìn)而驅動(dòng)高度和方位步進(jìn)電機運轉。CPLD實(shí)現實(shí)時(shí)顯示、掃描鍵盤(pán)、接收擴展中斷等功能。二者通過(guò)DSP的外部接口(XINTF)進(jìn)行通信。采用光電開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)分別實(shí)現定位、限位功能，提高了系統的穩定性和可靠性。采用LCD顯示和5×5矩陣鍵盤(pán)，方便進(jìn)行人機交互的臨時(shí)調整操作。

首先利用光電定位開(kāi)關(guān)和硅光電池傳感器進(jìn)行初始對準，通過(guò)TMS320F2812的SPI總線(xiàn)設置硬件時(shí)鐘RTC初值后，利用硬件時(shí)鐘實(shí)時(shí)讀取時(shí)間并計算太陽(yáng)高度、方位角。在設定的工作時(shí)間內，依據計算的太陽(yáng)高度、方位角選擇合適的運行時(shí)間和運行速度，計算步進(jìn)電機應該轉的步數和控制板應該發(fā)的脈沖數。由 EV事件管理器產(chǎn)生SPWM波，經(jīng)IPM功率驅動(dòng)后，驅動(dòng)高度和方位方向步進(jìn)電機轉動(dòng)，經(jīng)機械傳動(dòng)帶動(dòng)太陽(yáng)能集光器支架轉動(dòng)適當角度，實(shí)現自動(dòng)跟蹤。每天工作完以后自動(dòng)返回歸位，若出現較大位置偏差，可以由光電開(kāi)關(guān)和硅光電池傳感器進(jìn)行修正。修正完畢重新進(jìn)入自動(dòng)跟蹤，工作完成后自動(dòng)返回。

2．2 主要控制軟件設計

系統在正常工作時(shí)，每天從定位開(kāi)關(guān)處開(kāi)始自動(dòng)運行，晚上返回定位開(kāi)關(guān)處。啟動(dòng)和返回時(shí)間由太陽(yáng)高度決定。在完成一周期(即一天)的跟蹤后由時(shí)鐘電路的定時(shí)中斷信號進(jìn)入休眠狀態(tài)，或定時(shí)由繼電器關(guān)閉總電源，減小系統功耗，待次日由定時(shí)中斷信號或值班電路給出信號喚醒處理器進(jìn)入下一周期工作?？刂栖浖绦蛄鞒倘鐖D5所示。

3 實(shí)際效果與誤差分析

將設計的太陽(yáng)跟蹤器應用在太陽(yáng)能發(fā)電中。從2010年4月某天早上8：00工作至下午17：00，典型誤差測量結果如圖6所示。由于機械結構和傳動(dòng)機構等的誤差，以及外界不確定環(huán)境(如大風(fēng)等)的影響，跟蹤角度存在無(wú)規律性誤差，但總體來(lái)說(shuō)誤差可以控制在±O．05°之內。

實(shí)踐運行情況表明，太陽(yáng)跟蹤器實(shí)現了高精度跟蹤，年平均發(fā)電量比固定式高了20％～40％，比普通單軸式高出約25％?？梢?jiàn)，該設計方案能夠使光伏發(fā)電效率大大提高。

結語(yǔ)

本文對光伏發(fā)電系統中太陽(yáng)跟蹤器的跟蹤原理進(jìn)行了研究，闡述了基于TMS320F2812的太陽(yáng)跟蹤器的軟硬件設計方法。采用該設計方案后，跟蹤精度高，成本相對較低，便于操作，性能穩定可靠，大大提高了光伏發(fā)電效率，具有較高的實(shí)用價(jià)值。