基于 FPGA XC3S1500開發板的太陽能自動跟蹤系統

　　3.3 太陽高度角方位角計算模塊

　　當時間為正常光照時間時，太陽跟蹤系統每隔5 min就會進入太陽高度角方位角進行計算。計時模塊輸出給太陽高度角方位角模塊所需的時間信息，然后計算赤道坐標系下的赤緯角和時角，最后計算高度角方位角坐標系下的高度角和方位角值，并輸出高度角和方位角值如圖6所示，仿真波形如圖7所示。高度角和方位角輸出均為10 b Q7格式。

　　在視日運動跟蹤算法中最重要的是準確計算出當前的太陽相對于地球的高度角和方位角，其計算準確性影響太陽能裝置的能量接受效率。表2表示在dn=100時，不同的時間輸出的太陽的高度角及方位角值，都為10 b Q7格式，計算其實際代表值，并與理論值相比較，誤差很小，說明該模塊能夠準確計算出太陽的高度角和方位角。

　　3.4 步進電機脈沖控制模塊

　　步進電機驅動芯片選擇了3955SB，本設計選擇步進電機的1/8步運行模式，即每步可以達到0.225°。由太陽的高度角方位角計算模塊輸出的高度角和方位角及上一次輸出的高度角方位角值，決定高度和方位需要轉動的角度，然后確定高度角步進電機和方位角步進電機的脈沖個數。根據步進電機的步進順序輸出16位數字信號來控制實現兩臺兩相步進電機高度和方位上旋轉的角度及其旋轉方向。由實驗結果可知，該模塊能夠按照輸入的電機轉動的脈沖個數進行輸出，并在電機完成旋轉要求后能夠保持穩定狀態。當有新的轉動輸入后能夠在原來的狀態上輸出。

　　4 結語

　　本文設計的太陽跟蹤系統適用于太陽能熱水器、太陽能灶、太陽能電池等需要跟蹤太陽地裝置。跟蹤控制系統采用了視日運動跟蹤方法，通過基于FPGA的高度角方位角計算模塊準確計算出太陽的高度角和方位角。利用轉動精確的步進電機驅動，可以精確地跟蹤太陽，有效提高太陽跟蹤裝置的太陽能吸收效率。