一種基于FPGA的太陽跟蹤器的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)

　　3．3 太陽高度角方位角計算模塊

　　當(dāng)時間為正常光照時間時，太陽跟蹤系統(tǒng)每隔5 min就會進(jìn)入太陽高度角方位角進(jìn)行計算。計時模塊輸出給太陽高度角方位角模塊所需的時間信息，然后計算赤道坐標(biāo)系下的赤緯角和時角，最后計算高度角方位角坐標(biāo)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(yùn)動跟蹤算法中最重要的是準(zhǔn)確計算出當(dāng)前的太陽相對于地球的高度角和方位角，其計算準(zhǔn)確性影響太陽能裝置的能量接受效率。表2表示在dn=100時，不同的時間輸出的太陽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，說明該模塊能夠準(zhǔn)確計算出太陽的高度角和方位角。

　　3．4 步進(jìn)電機(jī)脈沖控制模塊

　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片選擇了3955SB，本設(shè)計選擇步進(jìn)電機(jī)的1／8步運(yùn)行模式，即每步可以達(dá)到0．225°。由太陽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(zhuǎn)動的角度，然后確定高度角步進(jìn)電機(jī)和方位角步進(jìn)電機(jī)的脈沖個數(shù)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)順序輸出16位數(shù)字信號來控制實(shí)現(xiàn)兩臺兩相步進(jìn)電機(jī)高度和方位上旋轉(zhuǎn)的角度及其旋轉(zhuǎn)方向。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該模塊能夠按照輸入的電機(jī)轉(zhuǎn)動的脈沖個數(shù)進(jìn)行輸出，并在電機(jī)完成旋轉(zhuǎn)要求后能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)有新的轉(zhuǎn)動輸入后能夠在原來的狀態(tài)上輸出。

　　4 結(jié)語

　　本文設(shè)計的太陽跟蹤系統(tǒng)適用于太陽能熱水器、太陽能灶、太陽能電池等需要跟蹤太陽地裝置。跟蹤控制系統(tǒng)采用了視日運(yùn)動跟蹤方法，通過基于FPGA的高度角方位角計算模塊準(zhǔn)確計算出太陽的高度角和方位角。利用轉(zhuǎn)動精確的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，可以精確地跟蹤太陽，有效提高太陽跟蹤裝置的太陽能吸收效率。