基于DSP的太陽光線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
該系統(tǒng)采用粗跟蹤與精確跟蹤相結(jié)合的方法精確跟蹤太陽光線，并利用TMS28x系列DSP，其具有精度高、速度快、集成度高的特點(diǎn)，內(nèi)部集成有串行通信模塊、事件管理器、A/D轉(zhuǎn)換器等模塊，可滿足控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能要求。同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的浮點(diǎn)運(yùn)算，并滿足系統(tǒng)粗跟蹤計(jì)算要求。圖4為利用TM320F2806型DSP作為主控制器設(shè)計(jì)的跟蹤系統(tǒng)控制框圖。

該系統(tǒng)控制硬件主要包括：主控制器、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、跟蹤傳感器、光電編碼器、顯示屏等。系統(tǒng)主要完成粗跟蹤太陽位置計(jì)算、跟蹤信號(hào)檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、位置檢測(cè)、顯示、監(jiān)控等功能。對(duì)太陽光線的跟蹤分為粗跟蹤與精定位。粗跟蹤由軟件實(shí)現(xiàn)，精定位由傳感器實(shí)現(xiàn)。粗跟蹤過程中，主控制器根據(jù)時(shí)間和日期以及觀測(cè)點(diǎn)經(jīng)度、緯度計(jì)算出太陽的粗略位置，并與編碼器檢測(cè)的跟蹤軸位置相比較，根據(jù)兩者的差值輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向程序計(jì)算的位置運(yùn)動(dòng)。跟蹤傳感器主光軸垂直于聚光器接收面，傳感器檢測(cè)信號(hào)經(jīng)放大和濾波后由控制器采樣。跟蹤傳感器不斷檢測(cè)光電池輸出電壓信號(hào)，并將檢測(cè)值送至控制器中的A/D轉(zhuǎn)換模塊，檢測(cè)到光線強(qiáng)度滿足跟蹤閾值后，進(jìn)入傳感器精確跟蹤，并根據(jù)電壓差采樣值確定電機(jī)轉(zhuǎn)向及速度。光電編碼器也用于返回精確跟蹤結(jié)束后太陽的實(shí)際位置。
由于系統(tǒng)需保存各種參數(shù)，如位置校準(zhǔn)值、當(dāng)?shù)氐乩韰?shù)等，擴(kuò)展1個(gè)I2C總線鐵電存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。行程開關(guān)用于為系統(tǒng)提供極限位置保護(hù)。系統(tǒng)的各種跟蹤信息可通過RS485總線傳輸至上位機(jī)，同時(shí)上位機(jī)也可實(shí)現(xiàn)控制跟蹤裝置，包括開始跟蹤、回零點(diǎn)、停止等命令。當(dāng)前跟蹤信息，如顯示跟蹤數(shù)據(jù)、電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、A/D轉(zhuǎn)換值及各種故障信號(hào)，都可在現(xiàn)場(chǎng)通過顯示屏顯示，通過顯示屏或手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作跟蹤裝置，調(diào)試方便。

5 結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的跟蹤控制系統(tǒng)使用程序控制和傳感器控制相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)精確跟蹤太陽光線，其特點(diǎn)是：(1)DSP系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，且運(yùn)算速度快，利用其內(nèi)部的時(shí)間管理器模塊簡(jiǎn)單有效地控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。(2)具有相應(yīng)的人機(jī)界面，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)的顯示和遠(yuǎn)程控制。而在跟蹤方法方面，具有以下特點(diǎn)：(1)粗跟蹤采用簡(jiǎn)單算法實(shí)現(xiàn)，避免單一的程序控制對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器高數(shù)據(jù)處理能力和大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的要求；(2)單一的程序控制需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的高精度角度傳感器作為本地定位檢測(cè)，而這里所用策略的精確跟蹤過程南傳感器完成，降低程序控制時(shí)系統(tǒng)對(duì)角度傳感器的精度要求；(3)跟蹤范圍廣，傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，跟蹤穩(wěn)定。