基于 FPGA XC3S1500開發板的太陽能自動跟蹤系統
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首先系統根據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dn(單位：日)及當前的時刻T(單位：h)，然后再根據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。由此本系統就實現了對太陽的全天候、實時跟蹤。
太陽跟蹤系統模塊圖如圖4所示。這里對基于FPGA的太陽實時跟蹤系統建立的計時模塊、日出日落時間計算模塊、高度角方位角計算模塊、步進電機脈沖產生模塊的設計及結果進行詳細的介紹。
3.1 計時模塊
視日運動跟蹤方法需要時間和地理緯度信息，一般的太陽跟蹤系統的位置固定，可以自行設定其地理緯度值。對于時間建立了計時模塊，通過對時鐘進行多級分頻輸出視日運動跟蹤算法所需的間信息。
3.2 太陽日出日落時間計算模塊
此模塊計算每天太陽的日出日落時間，據此保證在太陽的照射時間范圍內，太陽跟蹤系統正常運行，在非照射時間，太陽跟蹤系統處于休眠狀態。太陽的日出日落時間即太陽的高度角為零的時間。由高度角計算公式(8)和時角計算公式(9)推出太陽的日出日落時間公式(10)。
太陽日出日落時間計算模塊仿真波形如圖5所示，輸出為10 b Q4格式，dn為時間序號，其中richu代表日出時刻，riluo代表日落時刻。對太陽日出日落模塊輸出結果分析如表1所示，dn為仿真隨機選取的日期，太陽日出日落時間只與dn有關。對該模塊輸出的10 b Q4格式的時間計算其實際的代表值，并與理論計算值做比較，經計算其輸出時間誤差很小，該模塊能夠準確計算出日出日落時間。
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