基于TMS320F2812的太陽跟蹤器系統(tǒng)設(shè)計

2 跟蹤器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)上述工作原理，本設(shè)計以太陽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(shè)計了高精度太陽跟蹤器。

2．1 主要控制電路硬件設(shè)計

硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。選用TI公司32位定點(diǎn)數(shù)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(jī)控制的SPWM波；輸入／輸出接口采用光電隔離；驅(qū)動器電路選擇IPM模塊，可以達(dá)到功率驅(qū)動的目的，進(jìn)而驅(qū)動高度和方位步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。CPLD實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示、掃描鍵盤、接收擴(kuò)展中斷等功能。二者通過DSP的外部接口(XINTF)進(jìn)行通信。采用光電開關(guān)和限位開關(guān)分別實(shí)現(xiàn)定位、限位功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。采用LCD顯示和5×5矩陣鍵盤，方便進(jìn)行人機(jī)交互的臨時調(diào)整操作。

首先利用光電定位開關(guān)和硅光電池傳感器進(jìn)行初始對準(zhǔn)，通過TMS320F2812的SPI總線設(shè)置硬件時鐘RTC初值后，利用硬件時鐘實(shí)時讀取時間并計算太陽高度、方位角。在設(shè)定的工作時間內(nèi)，依據(jù)計算的太陽高度、方位角選擇合適的運(yùn)行時間和運(yùn)行速度，計算步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)的步數(shù)和控制板應(yīng)該發(fā)的脈沖數(shù)。由 EV事件管理器產(chǎn)生SPWM波，經(jīng)IPM功率驅(qū)動后，驅(qū)動高度和方位方向步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)機(jī)械傳動帶動太陽能集光器支架轉(zhuǎn)動適當(dāng)角度，實(shí)現(xiàn)自動跟蹤。每天工作完以后自動返回歸位，若出現(xiàn)較大位置偏差，可以由光電開關(guān)和硅光電池傳感器進(jìn)行修正。修正完畢重新進(jìn)入自動跟蹤，工作完成后自動返回。

2．2 主要控制軟件設(shè)計

系統(tǒng)在正常工作時，每天從定位開關(guān)處開始自動運(yùn)行，晚上返回定位開關(guān)處。啟動和返回時間由太陽高度決定。在完成一周期(即一天)的跟蹤后由時鐘電路的定時中斷信號進(jìn)入休眠狀態(tài)，或定時由繼電器關(guān)閉總電源，減小系統(tǒng)功耗，待次日由定時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。控制軟件程序流程如圖5所示。

3 實(shí)際效果與誤差分析

將設(shè)計的太陽跟蹤器應(yīng)用在太陽能發(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(jié)果如圖6所示。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)等的誤差，以及外界不確定環(huán)境(如大風(fēng)等)的影響，跟蹤角度存在無規(guī)律性誤差，但總體來說誤差可以控制在±O．05°之內(nèi)。

實(shí)踐運(yùn)行情況表明，太陽跟蹤器實(shí)現(xiàn)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％。可見，該設(shè)計方案能夠使光伏發(fā)電效率大大提高。

結(jié)語

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