基于单片机EM78247的光伏发电系统太阳自动跟踪器

太阳赤纬角与时角可以由本地时间确定，而对确定的地点，本地的纬度角也是确定，因此只要输入当地相关地理位置与时间信息就可以确定此时此刻的太阳位置。

　　2系统的整体设计方案

EM78247是一款具有RISC结构的高性能中档单片机，仅有35条单字指令，8 k×14个字节FLASH程序存储器，368×8个字节RAM数据存储器，256×8个字节E2PROM数据存储器，14个中断源，8级深度的硬件堆栈，内部看门狗定时器，低功耗休眠模式，高达25 mA的吸入/拉出电流，外部具有3个定时器模块，2个16位捕捉器/16位比较器/10位PWM模块，10位多通道A/D转换器，通用同步异步接收/发送器等功能模块。

自动阳光跟踪器的控制方式主要有微处理器控制、PLC控制、DSP控制与模拟电路控制4种形式，根据以上原理，本文选择性价比较高的EM78247单片机为控制核心，系统实现的具体原理框图如图2所示。

　　整个控制器主要由控制单元与驱动执行机构两部分组成。控制单元由角度计算及反馈控制、启动信号产生、电机驱动信号产生、保护信号处理与人机通讯5个部分组成。系统功能说明如下：单片机循环检测光伏阵列的位置，并将其与计算出的此时本地太阳的高度角与方位角进行比较来确定光伏阵列是否跟踪上太阳的位置，如果没有启动信号满足启动条件，单片机就发出指令驱动电机转动;保护信号是保证系统在外界以及其他非人为因素情况下所执行的一种操作指令，以确保系统不受损坏，从而提高了整个系统的可靠性。驱动执行单元主要功能是用来实现电机驱动与旋转，并通过机械传动机构带动光伏电池阵列转动。

　　2.1 控制单元的硬件设计

　　由于采用了单片机作为主控制单元，大部分工作都由单片机在软件中实现，从而简化了控制电路的硬件设计，简要说明主要控制部分的实现过程。

　　(1)角度计算及反馈控制 单片机通过外扩三态锁存器输入口获取时钟模块产生的时间信号与光电旋转编码器的位置信号后，利用单片机快速运算处理能力用软件加以实现；

　　(2)电机驱动信号生成 本文采用的是步进电机，其驱动脉冲由单片机内部自带的10位PWM波发生模块产生，只需在软件中设置相应的有关参数就可改变电机的转速；

　　(3)上位机监控系统是利用单片机内部自带的异步接受/发送器等功能模块，硬件部分只需加MAX 232加以电平转换，便可实现PC机与单片机的数据传输；

　　(4)考虑到光伏发电只有在太阳光强满足一定强度的时候才能发电，启动信号主要是利用光敏二极管检测光强，保证系统在夜间或阴雨天不满足发电条件的情况下，系统停止跟踪，检测电路如图3所示。主要由放大、比较与光耦隔离3个部分组成；

　　(5)系统的保护功能主要包括大风保护、电网掉电保护、振动过大保护、限位开关与接近开关保护组成，单片机检测到保护信号产生时，便发出指令将系统停放在安全的位置上，确保整个系统不受损坏。图4是电网掉电检测电路原理图，主要由降压、整流与光耦隔离3个部分组成。

图4 电网掉电检测电路原理图