一种基于FPGA的太阳跟踪器的设计及实现

2 太阳跟踪控制系统设计

　　根据上文介绍的高度角-方位角跟踪系统的整体框架，本文基于Xilinx公司的FPGA开发板，设计了基于FPGA的太阳跟踪系统的各功能模块。主要包括计时模块、太阳高度角方位角计算模块、日出日落时间计算模块和步进电机脉冲控制模块等几部分。

　　基于FPGA的太阳跟踪控制系统的流程图如图2和图3所示。

　　首先系统根据计时模块计算出当前的时间，包括当日在一年中的日期序数dn(单位：日)及当前的时刻T(单位：h)，然后再根据日出日落时间计算模块确定当日的日出和日落时间，以便判断当时时间是否在日出后日落前。在程序计算过程中，利用太阳高度角和方位角计算模块计算当前太阳的位置，并与上次计算的太阳的位置作差，分别计算出当前跟踪装置高度和方位需要调整的角度及其旋转方向，并随后进入步进电机脉冲驱动模块。首先调整高度角，判断高度角差值的正负，驱动高度方向的步进电机旋转。高度角步进电机停止旋转后调整方位角。判断方位角正负，驱动方位角步进电机按照偏差旋转相应的角度。一次跟踪后，在一定的时间间隔T后，系统再次提取时间计算、判断、旋转电机。当日落时间到时，控制步进电机旋转至次日太阳升起的位置并恢复初始状态。由此本系统就实现了对太阳的全天候、实时跟踪。