一種基于FPGA的太陽跟蹤器的設計及實現(xiàn)
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2 太陽跟蹤控制系統(tǒng)設計
根據(jù)上文介紹的高度角-方位角跟蹤系統(tǒng)的整體框架，本文基于Xilinx公司的FPGA開發(fā)板，設計了基于FPGA的太陽跟蹤系統(tǒng)的各功能模塊。主要包括計時模塊、太陽高度角方位角計算模塊、日出日落時間計算模塊和步進電機脈沖控制模塊等幾部分。
基于FPGA的太陽跟蹤控制系統(tǒng)的流程圖如圖2和圖3所示。
首先系統(tǒng)根據(jù)計時模塊計算出當前的時間，包括當日在一年中的日期序數(shù)dn(單位：日)及當前的時刻T(單位：h)，然后再根據(jù)日出日落時間計算模塊確定當日的日出和日落時間，以便判斷當時時間是否在日出后日落前。在程序計算過程中，利用太陽高度角和方位角計算模塊計算當前太陽的位置，并與上次計算的太陽的位置作差，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，并隨后進入步進電機脈沖驅動模塊。首先調整高度角，判斷高度角差值的正負，驅動高度方向的步進電機旋轉。高度角步進電機停止旋轉后調整方位角。判斷方位角正負，驅動方位角步進電機按照偏差旋轉相應的角度。一次跟蹤后，在一定的時間間隔T后，系統(tǒng)再次提取時間計算、判斷、旋轉電機。當日落時間到時，控制步進電機旋轉至次日太陽升起的位置并恢復初始狀態(tài)。由此本系統(tǒng)就實現(xiàn)了對太陽的全天候、實時跟蹤。
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