一種基于FPGA的太陽跟蹤器的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)

　　2 太陽跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(jìn)電機(jī)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(dāng)前的時間，包括當(dāng)日在一年中的日期序數(shù)dn(單位：日)及當(dāng)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(dāng)日的日出和日落時間，以便判斷當(dāng)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(dāng)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(dāng)前跟蹤裝置高度和方位需要調(diào)整的角度及其旋轉(zhuǎn)方向，并隨后進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)脈沖驅(qū)動模塊。首先調(diào)整高度角，判斷高度角差值的正負(fù)，驅(qū)動高度方向的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。高度角步進(jìn)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)后調(diào)整方位角。判斷方位角正負(fù)，驅(qū)動方位角步進(jìn)電機(jī)按照偏差旋轉(zhuǎn)相應(yīng)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(zhuǎn)電機(jī)。當(dāng)日落時間到時，控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)至次日太陽升起的位置并恢復(fù)初始狀態(tài)。由此本系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了對太陽的全天候、實(shí)時跟蹤。