太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 南 陽 理 工 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 學(xué)院（系）： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學(xué) 生： XX 指導(dǎo) 教師： 尉喬南 完成日期 2012 年 5 月南陽理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計Design of Solar Power Generation Control System總 計： 24頁表 格： 3個插 圖： 22幅南 陽 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計Design of Solar Power Generation Control System學(xué) 院（系）： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣

2、工程及其自動化 學(xué) 生 姓 名： X X 學(xué) 號： 1040911200XX 指 導(dǎo) 教 師（職稱）：尉喬南 （講師） 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 南陽理工學(xué)院 Nanyang Institute of Technology太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計電氣工程及其自動化 X X摘 要為了提高太陽能的利用率，本文研究了一種新型的基于DSP的高精度太陽能跟蹤控制器。該控制器采用軟件粗控制和傳感器精確控制相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。該跟蹤控制器以DSP作為控制芯片，根據(jù)天體運(yùn)行規(guī)律，實(shí)時計算出太陽的位置，使跟蹤器定位到一定的范圍；同時通過四象限光電池傳感器接收來自不同角度的太陽光，將光能轉(zhuǎn)換成電能，根據(jù)D

3、SP計算的控制信號，由步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制太陽能板對太陽位置的跟蹤，使太陽能跟蹤裝置始終正對著太陽的位置，從而可以達(dá)到充分利用太陽能的目的。關(guān)鍵詞 DSP ；四象限光電池傳感器；步進(jìn)電機(jī)；跟蹤Design of Solar Power Generation Control SystemElectrical Engineering and Automation Specialty Zhang XxxxAbstract: In order to improve the utilization rate of solar energy, this paper studies a new kind

4、 of high accuracy of the solar energy tracking based on DSP controller. The controller software adopted software coarse control and sensor precisely control the combination to implement.The tracking controller is used as the control chip by DSP, according to the laws of celestial bodies, in real tim

5、e to calculate the position of the sun, positioning tracker to a certain range. At the same time through four quadrant from different Angle sensor test receiving the light of the sun, and the light into electrical energy conversion. According to the calculation of DSP control signals, by the stepper

6、 motor controls the executing agency as solar panels to track the location of the sun, the solar tracking device is always opposite the position of the sun. In order to realize the DSP chip of whole system control ,meanwhile, need to design the algorithm of the software system, mainly include solar

7、tracking controller of the equations of motion realization based on DSP. Thus can achieve the purpose of full use of solar energy. Key words: DSP；Four-quadrant sensor test ；Stepping motor；Tracking目 錄1 引言11.1選題的背景11.2國內(nèi)外太陽能發(fā)展的現(xiàn)狀11.3研究的目的和意義22 總體設(shè)計方案23 硬件設(shè)計43.1概述43.2太陽能跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)43.3檢測系統(tǒng)電路設(shè)計4四象限傳感器4檢測電

8、路53.4控制系統(tǒng)電路設(shè)計73.4.1 DSP芯片的特點(diǎn)7電源電路8時鐘電路8片外存儲器RAM9逆變電路103.4.6 JTAG接口電路11復(fù)位電路123.5步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計12步進(jìn)電機(jī)12步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器124軟件設(shè)計134.1概述134.2 CCS3.3的軟件開發(fā)流程圖134.3太陽能跟蹤控制器算法設(shè)計144.4太陽能發(fā)電的軟件設(shè)計17主程序流程圖17中斷服務(wù)流程圖174.5時鐘芯片ISL1208軟件設(shè)計19時鐘芯片20時鐘芯片實(shí)現(xiàn)的I2C協(xié)議20結(jié)束語22參考文獻(xiàn)23致謝241 引言1.1 選題的背景能源是人類生存發(fā)展必須具有的基本資源。從古至今人類獲得能源的途徑，可分為地上能源、地下

9、能源與天上能源等三個階段。地上能源主要是植物能源，水能、風(fēng)能等，在人類農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)社會階段主要是植物能源，到了現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)社會階段，主要是煤石能源。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)以來，各國對能源的消耗以日俱增，能源短缺已成為人類社會面臨的一個重大挑戰(zhàn)，面對石油這些不可再生的資源，必須在其耗盡之前尋找到替代能源，否則未來世界將會因此不斷爆發(fā)能源危機(jī)。太陽能作為新能源與可再生能源的重要組成部分，有著煤炭、石油、天然氣等化石能源無法比擬的優(yōu)點(diǎn)： (1)儲量豐富：太陽能是取之不盡、用之不竭的。 (2)應(yīng)用廣泛：太陽能不存在分布的偏集性，只要有陽光的地方就可以就地利用，有利于解決偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、海島等地區(qū)的能源

10、供應(yīng)問題。 (3)綠色環(huán)保：太陽能利用過程中，不需要燃料、不產(chǎn)生噪聲，沒有廢氣、廢水、廢渣等的排放。 (4)經(jīng)濟(jì)性：雖然目前太陽能發(fā)電的成本仍為常規(guī)發(fā)電的幾倍，但隨著太陽能利用技術(shù)的發(fā)展，其利用成本已大大下降。一般來說，太陽能利用的初期投入成本比較高，但由于太陽能無污染、無噪聲、取之不盡、分布廣泛的特點(diǎn)，從長期來看，其使用成本要小的多。 鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，太陽能的開發(fā)利用具有巨大的市場前景，不僅能帶來很好的社會和環(huán)境效益，還具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益1-3。1.2 國內(nèi)外太陽能發(fā)展的現(xiàn)狀從國際上看，世界各國從能源供應(yīng)安全和清潔利用的角度出發(fā)，把太陽能的商業(yè)化開發(fā)和利用作為重要的發(fā)展趨勢。自20世紀(jì)80年代

11、以來，光伏產(chǎn)業(yè)可以說是世界上增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。我國在太陽能光伏發(fā)電的研究方面起步較晚，但擁有豐富的太陽能資源和巨大的市場需求。經(jīng)過二十幾年的艱苦努力，已經(jīng)為太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。特別是隨著西部大開發(fā)政策的推行，國家加大對光伏產(chǎn)業(yè)的投入，使得我國太陽能發(fā)電行業(yè)快速發(fā)展。目前，我國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。1.3 研究的目的和意義太陽能作為一種新型的綠色能源，有著廣泛的發(fā)展前景，太陽能發(fā)電已成為未來全球解決能源危機(jī)的最具獨(dú)特優(yōu)勢的重要途徑。但是由于太陽能本身的缺點(diǎn)，現(xiàn)在對太陽能的利用率

12、普遍較低，并且現(xiàn)有跟蹤控制器也有著各種缺點(diǎn)。在各種類型的跟蹤器中，純機(jī)械式的跟蹤效率低，額外提高了成本，在設(shè)備中添加跟蹤器就失去了原來的意義。要進(jìn)一步提高太陽能的利用率，需要更深一步的研究和探討，以開發(fā)出真正廉價、實(shí)用的自動跟蹤器。2 總體設(shè)計方案目前，各種類型的太陽能跟蹤器裝置，從簡單到復(fù)雜，主要分為兩大類，即機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)一般又可分為壓差式和控放式；而電控系統(tǒng)一般可分為光電式和視日運(yùn)動軌跡式，視日運(yùn)動軌跡式跟蹤又分為單軸跟蹤方式、極軸式全跟蹤方式和高度角-方位角式全跟蹤方式。本文主要是對高度角-方位角式全跟蹤方式的太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)的研究，研究的主要工作如下：（1）設(shè)計太陽能

13、跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有兩個自由度，即水平方向轉(zhuǎn)動自由度和豎直方向轉(zhuǎn)動自由度。該機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動由兩個步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動，完成對太陽高度角和方向角的跟蹤。（2）設(shè)計太陽能跟蹤控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)主要包括兩個方面：檢測電路系統(tǒng)，控制電路系統(tǒng)。檢測電路系統(tǒng)主要完成四象限光電池傳感器信號的濾波、放大、比較等，把采集的太陽能信號傳遞給控制電路?？刂齐娐肥峭瓿烧麄€系統(tǒng)的控制部分，其根據(jù)DSP計算的控制信號，控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對太陽高度角和方位角的控制。（3）設(shè)計系統(tǒng)軟件的算法。系統(tǒng)主要的算法主要是太陽能跟蹤控制器運(yùn)動控制方程的實(shí)現(xiàn)。太陽能跟蹤控制器運(yùn)動控制方程依照太陽的運(yùn)行規(guī)律來計算太陽的運(yùn)行軌跡，

14、即太陽視日運(yùn)動軌跡。（4）完成太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。以CCS3.3為設(shè)計平臺，根據(jù)各軟件功能模塊來設(shè)計相應(yīng)的軟件。主要的功能模塊為：主程序模塊，太陽跟蹤角度計算模塊，信號采集模塊，步進(jìn)電機(jī)控制模塊以及其它相關(guān)的功能模塊的設(shè)計4-5。總體結(jié)構(gòu)圖和跟蹤結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：圖1(a) 太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖1(b) 跟蹤控制框圖3 硬件設(shè)計3.1 概述太陽能跟蹤控制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計為兩個自由度，即一個水平方向轉(zhuǎn)動自由度和一個豎直方向轉(zhuǎn)動自由度，由兩個步進(jìn)電機(jī)來分別驅(qū)動。太陽能跟蹤器的硬件系統(tǒng)包括三大部分：檢測系統(tǒng)電路、控制系統(tǒng)電路和電機(jī)系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)電路是整個控制系統(tǒng)的重要部分，其主要

15、由傳感器檢測電路和信號處理電路組成。傳感器檢測電路主要是通過四象限光電池采集板，由光電池傳感器檢測周圍光信號，把相應(yīng)的光信號轉(zhuǎn)變成電壓信號?？刂葡到y(tǒng)主要由DSP主控、時鐘電路、電源電路、信號采樣等部分組成，完成整個電路的控制和驅(qū)動。電機(jī)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器組成。3.2 太陽能跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)太陽能跟蹤控制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由底座支架、水平旋轉(zhuǎn)自由度方向機(jī)構(gòu)、豎直旋轉(zhuǎn)自由度方向機(jī)構(gòu)、電池板支撐機(jī)構(gòu)、傳感器裝置等幾部分構(gòu)成。其工作原理如下：太陽能跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)有兩個自由度，即一個水平方向轉(zhuǎn)動自由度和一個豎直方向轉(zhuǎn)動自由度，均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。由控制系統(tǒng)軟件計算太陽的位置，將其轉(zhuǎn)化為

16、相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動信號，使太陽能接收板轉(zhuǎn)到該位置。然后根據(jù)傳感器裝置采集到的信號，進(jìn)一步由步進(jìn)電機(jī)對太陽能接收板進(jìn)行微調(diào)。以實(shí)現(xiàn)調(diào)整太陽能電池板的姿態(tài)使其板面接近于與太陽光線垂直的方向，達(dá)到最大限度接收太陽能量的目的。3.3 檢測系統(tǒng)電路設(shè)計利用四象限傳感器接收來自不同角度的入射太陽光，然后通過光強(qiáng)檢測電路將太陽光線的輻射強(qiáng)度信息轉(zhuǎn)化為電壓信號的形式輸出。3.3.1 四象限傳感器（1）光電池傳感器的選型光電池元件利用光生伏特效應(yīng)的原理把光能轉(zhuǎn)換成電能。光電池是一種有源器件,根據(jù)光電池的特點(diǎn)和工作需要程度，在這里選用4片sps0606硅光電池傳感器6。該傳感器的主要參數(shù)如表1所示。（2）四象限傳

17、感器的布局四個光電池傳感器分別放置在太陽能采集板的上下左右四個不同位置，接收來自不同角度的入射太陽光。其布局如圖2所示：當(dāng)上下兩個光電池傳感器接受到的光強(qiáng)度差值小于某個極小量時，控制器不發(fā)出讓電機(jī)動作的命令：當(dāng)兩個信號強(qiáng)度超過一定的范圍時，可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度也可由光強(qiáng)的差值大小來確定，從而使采光面板在豎直方向上正對著太陽光。左右兩個光電池傳感器用來控制另一個電機(jī)，使太陽能采光板在水平方向上正對著太陽光。從而實(shí)現(xiàn)了由太陽光控制電機(jī)的目的。通過兩個電機(jī)的控制，可以讓采光面板始終正對著太陽，實(shí)現(xiàn)最大化利用光能。圖2 四象限傳感器布局表1 sps0606硅光電池傳感器參數(shù)封裝黑色陶瓷封裝

18、窗口材料濾光平板玻璃典型暗電流（nA）0.01開路電壓（100Lx）(mV)300短路電流（100Lx）（A）>5感光范圍（nm）3001000峰值波長（nm）7003.3.2 檢測電路（1）太陽光強(qiáng)檢測電路信號放大電路如圖3所示：由于光電池傳感器出來的信號比較小，放大電路采用差動放大，其雙端輸入-單端輸出，具有共模抑制比高的特點(diǎn)。前級采用同向放大器，可以獲得很高的輸入阻抗，后級采用差動放大器可以獲得較高的共模抑制比，增強(qiáng)電路的抗干擾能力。其中R1=R3，R4=R5，R6=R7；可計算出放大的倍數(shù)如公式1所示 ：Avd=R7R5(1+2R1R3)(V2-V1) （1）（2）絕對值電路精密

19、有源絕對值電路，如圖4所示：這是一種經(jīng)過改進(jìn)的絕對值電路，失真比較低，適合小信號處理。其工作原理是：輸入V3>0時，運(yùn)放U358/1-1A的輸入小于0，U358/1-1B的輸出大于0，二極管D2導(dǎo)通，D1兩端加上了方向電壓而被強(qiáng)制關(guān)段，U358/1-1B即是電壓跟隨器，則V4=V3。當(dāng)V3<0時，U35/1-1A的輸出大于0，U358/1-1B的輸出小于0，二極管D1導(dǎo)通，D2兩端加上了反向電壓而被關(guān)斷，U358/1-1A作為反向電路，使得V4=-V3，所以V4=|V3|。圖3 太陽光強(qiáng)檢測電路圖圖4 精密有源絕對值電路原理圖（3）比較電路經(jīng)過差動放大電路的傳感器信號輸入比較器的3

20、腳，若輸入信號大于0，則輸出為高電平（+3.3V），若輸入信號小于0，則輸出為低電平（0V）。根據(jù)輸出電壓的高低，可以判斷出差動放大電路那個輸入信號更大，進(jìn)而可以判斷出光電池傳感器那邊的接收信號更強(qiáng)，如圖5所示。（4）有源濾波電路由于光電池傳感器采集的信號是電壓信號，需要濾除紋波。本濾波電路為電壓控制電壓源（VCVS）電路，如圖6所示：其運(yùn)放為同向輸入，輸入阻抗高，輸出阻抗低，濾波器相當(dāng)于一個電壓源，其優(yōu)點(diǎn)是電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。由于DSP芯片內(nèi)部有A/D轉(zhuǎn)換功能，故濾波后的電壓經(jīng)過采樣后即可送入DSP芯片。圖5 比較電路原理圖圖6 有源濾波電路原理圖3.4 控制系統(tǒng)電路設(shè)計控制電路采用

21、數(shù)字信號處理器型號為LF2407A的DSP芯片和電壓調(diào)節(jié)芯片處理各種信號，對電信號進(jìn)行處理并通過各種算法實(shí)現(xiàn)控制PWM波輸出，再通過驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)主電路的控制脈沖的輸出，同時控制步進(jìn)電機(jī)動作。 DSP芯片的特點(diǎn)DSP LF2407A主要的接口包括目標(biāo)存儲器接口、模擬接口、CAN總線接口、外部擴(kuò)展接口等。它提供了128K的靜態(tài)存儲器，外部I/O口支持相應(yīng)的64K I/O端口，片上的CAN總線和RS232端口可用做擴(kuò)展連接7-8。它具備以下一些特點(diǎn)： （1）片內(nèi)有高達(dá)32KB的FLASH程序存儲器，高達(dá)1.5KB的數(shù)據(jù)/程序 RAM，544字雙口RAM(DARAM)和 2KB 的單口 RAM(SAR

22、AM) （2） 兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個包括兩個16 位通用定時器和8個16 位的脈寬調(diào)制(PWM)通道 （3）可擴(kuò)展的外部存儲器總共192K字空間，64K字程序存儲器空間，4K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器空間和64K字I/0 尋址空間 （4）看門狗定時器模塊(WDT) （5）10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為 500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個 8 通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或一個16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器 （6）控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B 模塊 （7）串行通信接口(SCI)模塊 （8）16位串行外設(shè)(SPI)接口模塊 （9）基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器 （10）高達(dá)40個可單獨(dú)編程或復(fù)用的

23、通用輸入/輸出引腳(GPIO) （11）5個外部中斷(兩個電極驅(qū)動保護(hù)、復(fù)位和兩個可屏蔽中斷) 3.4.2 電源電路系統(tǒng)一共用到了5種電源，都是DC/DC電源，電源的詳細(xì)使用情況如表2所示：表2 電路主要電源使用情況電源產(chǎn)生方式主要用途+24V由24V電源穩(wěn)壓濾波得到系統(tǒng)供電的主電源和步進(jìn)電機(jī)供電+5V由24V電源穩(wěn)壓濾波得到傳感器信號處理電路，時鐘電路等供電-5V由5V電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換芯片得到信號處理電路所需的負(fù)電源+3.3V由+5V電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換得到LF2407A所需的供電，比較器供電+3.3V由5V變換得到F28027A所需供電為了減少電源噪聲和互相干擾，數(shù)字電路和模擬電路一般要獨(dú)立供電，

24、數(shù)字地和模擬地也要分開，并最終通過一個磁珠在一點(diǎn)連在一起，用TPS7333進(jìn)行3.3V電壓的轉(zhuǎn)換對DSP最小系統(tǒng)供電，如圖7所示。圖7 TPS7333轉(zhuǎn)換電路原理圖 時鐘電路本文采用的是Intersil公司的時鐘芯片ISL1208。ISL1208是低功率實(shí)時時鐘，其具有功能：時鐘日歷、周期或輪詢報警、定時與晶體補(bǔ)償、電源失效指示器等9。ISL1208的引腳圖如下圖8所示。圖8 時鐘芯片ISL1208引腳圖X1和X2腳分是反相放大器的輸入、輸出端。外接32.768kHz的振蕩器，為ISL1208時鐘提供基準(zhǔn)時間。在工作溫度范圍內(nèi)，內(nèi)部補(bǔ)償可以提高器件的精度。VBAT引腳為時鐘芯片提供備用電源電壓

25、。當(dāng)VDD失效時，電源切換到VBAT。IRQ/FOUT（中斷輸出頻率輸出），該引腳是雙重功能引腳，可以用作中斷輸出引腳或作頻率輸出引腳。串行時鐘（SCL）引腳，SCL引腳為串行上接收和發(fā)送提供時鐘。串行數(shù)據(jù)（SDA）引腳，SDA具有雙向功能，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。時鐘電路的原理圖如圖9所示，串行數(shù)據(jù)線和串行時鐘線接上拉電阻，上拉電壓為5V。圖9 ISL1208原理圖3.4.4 片外存儲器RAMDSP LF2407A片內(nèi)RAM只有2K,開發(fā)狀態(tài)對程序進(jìn)行仿真調(diào)試時，調(diào)試稍大一點(diǎn)的程序就只能用片外RAM,為了提高調(diào)試效率，系統(tǒng)擴(kuò)展了片外的程序存儲器，采用的是Cypress公司的CY7C1021芯片，

26、其存儲時間為33ns，數(shù)據(jù)寬度是16位，容量64k。存儲量大時，所有結(jié)果存在外部CY7C1021中，正常運(yùn)行時作為A/D采樣結(jié)果的存儲空間。圖10為片外存儲器擴(kuò)展。圖10 片外存儲器擴(kuò)展3.4.5 逆變電路（1）脈寬調(diào)制電路控制系統(tǒng)采用集成脈寬調(diào)制芯片SG3525構(gòu)成的脈寬調(diào)制電路。輸入SG3525的誤差信號經(jīng)過誤差放大器放大后，與其內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波進(jìn)行比較，輸出的脈寬信號再經(jīng)分相器分成2路互不重疊的兩相信號，由11和14端輸出?？刂菩盘栐酱?，則輸出的脈寬越寬，脈寬調(diào)制電路原理如圖11所示。由于驅(qū)動模塊M57959L需要的是低電平輸入信號，SG3525輸出的2路PWM 信號經(jīng)過工作在飽和

27、狀態(tài)的三極管反相輸出后加到M57959L的13腳。（2）驅(qū)動電路驅(qū)動電路的作用是將SG3525輸出的2路PWM 脈沖進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動IGBT。M57959L驅(qū)動電路如圖12所示。電阻Rg為IGBT柵極限流電阻，二極管D1是過載/短路檢測二極管，穩(wěn)壓二極管D2用以補(bǔ)償D1反向恢復(fù)時間（在D1反向恢復(fù)時間偏長時使用），穩(wěn)壓二極管D3、D4用于保護(hù)IGBT的發(fā)射結(jié)。 圖11 脈寬調(diào)制電路   圖12 M57959L驅(qū)動電路 3.4.6 JTAG接口電路JTAG是JOINT TEST ACTION GPOUP的簡稱，JTAG接口用于連接DSP系統(tǒng)板和仿真器，實(shí)現(xiàn)仿真器DSP訪問

28、，JTAG的接口必須和仿真器的接口一致，否則將無法連接上仿真器。其連接圖13所示。圖13 J-TAG接口電路3.4.7 復(fù)位電路TMS320LF2407A內(nèi)部帶有復(fù)位電路，因此可以直接RS復(fù)位引腳外面接一個上拉電阻即可，這對于簡化外圍電路，減少電路板尺寸很有用處，但是為了調(diào)試方便經(jīng)常采用手動復(fù)位。其連接方式如圖14所示。圖14 復(fù)位電路3.5 步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計步進(jìn)電機(jī)能直接接收數(shù)字信號，運(yùn)動不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣量的累積誤差，因此采用步進(jìn)電機(jī)作為太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以達(dá)到很高的精度。本文研究的步進(jìn)電機(jī)采用開環(huán)控制，不需要反饋信號，通過DSP得到相應(yīng)的位置，給定所需轉(zhuǎn)動的位置，通過控制步進(jìn)電

29、機(jī)驅(qū)動器進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)按給定的方位轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)預(yù)期跟蹤。3.5.1 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是靠脈沖信號控制的電動設(shè)備，將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移信號。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器在收到一個脈沖信號后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個步距角。步進(jìn)電機(jī)按固定的角度旋轉(zhuǎn)，通過脈沖信號的數(shù)量，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、啟動停止位置只取決于接收脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，在通常情況下，負(fù)載大小對其沒有影響。本系統(tǒng)的太陽能跟蹤控制器選用兩相式混合步進(jìn)電機(jī)。3.5.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器本文研究的控制器的步進(jìn)電機(jī)采用SJ-220MA驅(qū)動器。該驅(qū)動器驅(qū)動二相混合式步進(jìn)電機(jī)，具有很強(qiáng)的抗干擾性、起動頻率高、高頻性能好、內(nèi)部信號與控制信號

30、實(shí)現(xiàn)光電隔離、電流可調(diào)、整半步可自由設(shè)定、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，其輸入信號連線圖15所示。SJ-220MA步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接線區(qū)可分為三個部分：控制信號端，電源端，步進(jìn)電機(jī)接線端。控制信號端：驅(qū)動器通過脈沖信號(CP)接線端口接收脈沖信號，按接收到脈沖信號數(shù)量來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動角度；驅(qū)動器通過方向信號端(DIR)接收方向信號，發(fā)送相應(yīng)的指令使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；控制信號的公共陽端（COM）；脫機(jī)電平輸入端（RST）：此端子加低電平，電機(jī)處于自由狀態(tài)10-11。驅(qū)動器電源端和步進(jìn)電機(jī)接線端接口如表3所示。圖15 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器信號連接圖表3 步進(jìn)電機(jī)連接線端口信號功能+24V直流電源24V,可以接20-40VGND直流電源地A+電機(jī)A+相A-電機(jī)A-相B+電機(jī)B+相B-電機(jī)B-相4 軟件設(shè)計4.1 概述本文研究的太陽能跟蹤控制器采用軟件算法控制和傳感器檢測精確控制綜合來實(shí)現(xiàn)。軟件算法控制根據(jù)天體運(yùn)行規(guī)律，實(shí)時計算出太陽的位置，使跟蹤器定位到一定的范圍。軟件算法控制可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。傳感器檢