基于TMS320F2812的太陽跟蹤器系統(tǒng)設計

2 跟蹤器體系結構設計

根據上述工作原理，本設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行角度偏差反饋，設計了高精度太陽跟蹤器。

2．1 主要控制電路硬件設計

硬件結構框圖如圖4所示。選用TI公司32位定點數字信號處理器TMS320F2812和Altera公司的CPLDEPM3256為主協處理器。由DSP完成計算與控制算法，并產生用于步進電機控制的SPWM波；輸入／輸出接口采用光電隔離；驅動器電路選擇IPM模塊，可以達到功率驅動的目的，進而驅動高度和方位步進電機運轉。CPLD實現實時顯示、掃描鍵盤、接收擴展中斷等功能。二者通過DSP的外部接口(XINTF)進行通信。采用光電開關和限位開關分別實現定位、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，方便進行人機交互的臨時調整操作。

首先利用光電定位開關和硅光電池傳感器進行初始對準，通過TMS320F2812的SPI總線設置硬件時鐘RTC初值后，利用硬件時鐘實時讀取時間并計算太陽高度、方位角。在設定的工作時間內，依據計算的太陽高度、方位角選擇合適的運行時間和運行速度，計算步進電機應該轉的步數和控制板應該發(fā)的脈沖數。由 EV事件管理器產生SPWM波，經IPM功率驅動后，驅動高度和方位方向步進電機轉動，經機械傳動帶動太陽能集光器支架轉動適當角度，實現自動跟蹤。每天工作完以后自動返回歸位，若出現較大位置偏差，可以由光電開關和硅光電池傳感器進行修正。修正完畢重新進入自動跟蹤，工作完成后自動返回。

2．2 主要控制軟件設計

系統(tǒng)在正常工作時，每天從定位開關處開始自動運行，晚上返回定位開關處。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入休眠狀態(tài)，或定時由繼電器關閉總電源，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入下一周期工作?？刂栖浖绦蛄鞒倘鐖D5所示。

3 實際效果與誤差分析

將設計的太陽跟蹤器應用在太陽能發(fā)電中。從2010年4月某天早上8：00工作至下午17：00，典型誤差測量結果如圖6所示。由于機械結構和傳動機構等的誤差，以及外界不確定環(huán)境(如大風等)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。

實踐運行情況表明，太陽跟蹤器實現了高精度跟蹤，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，該設計方案能夠使光伏發(fā)電效率大大提高。

結語

本文對光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽跟蹤器的跟蹤原理進行了研究，闡述了基于TMS320F2812的太陽跟蹤器的軟硬件設計方法。采用該設計方案后，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，具有較高的實用價值。