程秀玲++單水維

中圖分類號(hào)：TP73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）10-0270-01

一、概述

系統(tǒng)主要由控制器、時(shí)鐘部分、光電檢測部分、位置檢測部分、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、太陽能電池板等部分組成。DSP 作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)運(yùn)算和控制；時(shí)鐘模塊負(fù)責(zé)把全年每天的時(shí)間信息提供給 DSP；光電檢測部分主要包括四象限探測器、調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路等；位置檢測部分包括光電編碼器、正交編碼電路等；驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)執(zhí)行部分包括驅(qū)動(dòng)電路和直流減速電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)械裝置等組成。

二、太陽能跟蹤器控制系統(tǒng)工作原理

跟蹤控制系統(tǒng)采用開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的控制方法，以太陽軌跡跟蹤為主調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)時(shí)間時(shí)系統(tǒng)立刻發(fā)出驅(qū)動(dòng)電機(jī)指令，使其旋轉(zhuǎn)到再過半小時(shí)后的目標(biāo)位置，系統(tǒng)休眠半個(gè)小時(shí)后太陽與跟蹤裝置位置大致重合，此時(shí)再啟動(dòng)光電跟蹤模式，首先判斷太陽光是垂直照射電池板，若垂直照射，則停止光電跟蹤模式；反之，則將檢測到的太陽位置偏差信號(hào)經(jīng)放大、濾波，送控制器 A/D 轉(zhuǎn)換后運(yùn)算處理，控制器再發(fā)出驅(qū)動(dòng)電機(jī)指令使其繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直至偏差信號(hào)到給定值，完成光電跟蹤校正。系統(tǒng)再休眠半個(gè)小時(shí)后，進(jìn)入第二次定時(shí)跟蹤，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)全天自動(dòng)跟蹤。系統(tǒng)完成最后一次跟蹤后，回到初始位置準(zhǔn)備第二天跟蹤。

三、太陽能跟蹤器 硬件具體設(shè)計(jì)

1.控制核心 DSP 及選型

當(dāng)前，光伏發(fā)電跟蹤系統(tǒng)的控制核心主要采用單片機(jī)、PLC、PC 機(jī)、ARM、DSP 來實(shí)現(xiàn)。由于 DSP 控制器具有先進(jìn)的軟件和硬件結(jié)構(gòu)、事件模塊管理功能、高速的中斷處理功能、價(jià)位日趨降低等特點(diǎn)，迅速成為一種非常方便實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制的微處理器。半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，使得數(shù)字信號(hào)處理器具有非常強(qiáng)大的快速計(jì)算能力，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)特別復(fù)雜的計(jì)算方法，它還具備實(shí)時(shí)處理功能和豐富的外設(shè)功能，常用于控制領(lǐng)域。模擬控制系統(tǒng)具有電路功能簡單、控制精度低等缺點(diǎn)，數(shù)字控制系統(tǒng)較強(qiáng)的抗干擾能力、較高的可靠性、較好的復(fù)雜控制，可以彌補(bǔ)模擬控制系統(tǒng)的不足，使得控制變得十分靈活。因此，本文選擇用 DSP 作為控制核心。TMS320F2812 是28系列 DSP 中性價(jià)比最高的一款芯片，它具有較為完善的事件管理能力和嵌入式控制功能，其被普遍應(yīng)用于工業(yè)控制，尤其是應(yīng)用在處理速度、處理精度方面要求較高的地方，或者是在大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合。因此，本文選用合眾達(dá)公司推出的 SEED DEC2812實(shí)驗(yàn)板作為光伏發(fā)電跟蹤控制系統(tǒng)的核心，它具有豐富外設(shè)資源。

2.TMS320F2812 芯片采用高性能的 COMS 技術(shù)， CPU 主頻高達(dá) 150 MHz，低功耗設(shè)計(jì)， I / O引腳電壓為 3. 3V；

3.支持 JATG 在線仿真接口；

4.采用的是哈佛總線結(jié)構(gòu)模式，擁有非常快的中斷響應(yīng)和中斷處理功能，編寫程序可使用 C/C++語言和匯編語言。

5.TMS320F2812 片內(nèi)含有 128 K 16位的 Flash ，具有 1K 16位的 OPT ROM空間， 18 K 16位的隨機(jī)存儲(chǔ)器（SARAM ）， 4 K 16位的Boot ROM 空間。

6.9+時(shí)鐘與系統(tǒng)控制：內(nèi)含看門狗定時(shí)器，片內(nèi)振蕩器，支持動(dòng)態(tài)鎖相環(huán)倍頻。

7.3 個(gè)外部中斷，外部中斷模塊 PIE 支持 96 個(gè)外部中斷，僅適用 45 個(gè)外部中斷。

8. 3 個(gè) 32 位的 CPU 定時(shí)器。

9.開發(fā)工具為TI 公司 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 CCS。

10.低能耗模式和節(jié)能模式：支持空閑、等待、掛起三種模式。

11.可以選擇179 引腳的 BGA 封裝或者176 引腳的 LQFP 封裝。

四、控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

1.電源電路

電源電路是保證控制系統(tǒng)正常工作的基本條件。本文的控制系統(tǒng)所需的電壓主要包括DSP芯片正常工作電壓 3. 3V、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作電壓5V、電機(jī)工作電壓24V和運(yùn)放工作電壓15V。目前，大多數(shù)電子設(shè)備的輸入電源都采用變壓器將市電降壓、半波整流或全波整流、濾波電路、穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)過程。

2.F2812 的時(shí)鐘

TMS320F2812 上的 CPU 、Watchdog 電路、ADC 、EV 等片上外設(shè)部件都需要時(shí)鐘。 SEED ？ DEC2812用 30 MHz外部晶振給 F2812提供時(shí)鐘，并使能 F2812片上 PLL 電路，經(jīng)過片內(nèi) PLL 倍頻給出 F2812 系統(tǒng)時(shí)鐘CLKOUT ，片上外設(shè)包括CPU 、Watchdog 、 ADC 、 EV 、 SCI 、 SPI 等的時(shí)鐘由 CLKOUT 提供。F 2812 的CPU 最高可以工作在 150 MHz主頻下，也就是將 30 MHz輸入頻率經(jīng)過 5 倍頻。

3.F2812 的 JTAG 接口 JTAG 是聯(lián)合測試行動(dòng)小組的英文縮寫，它是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議（ IEEE1 149.1兼容），其功能是用作芯片內(nèi)部測試，包括 DSP 系統(tǒng)的軟件和硬件仿真調(diào)試都是采用其接口的仿真器來實(shí)現(xiàn)的。 SEED DEC2812板上配置了一個(gè)SEED XDS510PLUS仿真器的 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)接口，利用這個(gè)接口對 F2812 進(jìn)行程序的下載、調(diào)試、燒寫。

五、A/D 轉(zhuǎn)換

TMS320F2812內(nèi)部集成了一個(gè)12 位分辨率、具有流水線結(jié)構(gòu)和 16 個(gè)采樣通道的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC模塊共有16 個(gè)模擬輸入引腳且分為 2 組，A組的引腳為ADCINA0 ～ADCINA7，B 組的引腳為ADCINB0 ～ADCINB7，最高時(shí)鐘頻率可配置為25 MHz，采樣頻率最高為12.5MSPS。它的自動(dòng)序列發(fā)生器能夠?qū)蓚€(gè) 8 狀態(tài)序列發(fā)生器（SEQ1與SEQ2）單獨(dú)地使用，也能夠把它們合并在一起當(dāng)作一個(gè)16 狀態(tài)的序列發(fā)生器（SEQ）來使用。

六、電機(jī)控制模塊

當(dāng)前，太陽能跟蹤系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)兩種。步進(jìn)電機(jī)控制簡單，但其輸出力矩小且價(jià)格貴，相比之下，直流電機(jī)雖不能像其那樣可以精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)角，但可以通過控制直流電機(jī)速度，且加驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)控制要求，性價(jià)比高。本文首先介紹了跟蹤控制系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)和工作原理，對系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)電路、、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。選取 DSP TMS320F2812 作為控制核心，介紹了 DSP 的性能特點(diǎn)和外設(shè)模塊。

參考文獻(xiàn)

[1]徐東亮，任超.太陽自動(dòng)跟蹤裝置控制系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2008，（2）：140-142.