《太阳能发电控制系统设计论文毕业文章论文毕业文章.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能发电控制系统设计论文毕业文章论文毕业文章.pdf（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、太阳能发电控制系统设计 1/25 南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程学院 专 业：电气工程与其自动化 学 生：XX 指导 教师：尉乔南 完成日期 2012 年 5 月 太阳能发电控制系统设计 2/25 南阳理工学院本科生毕业设计（论文）太阳能发电控制系统设计 Design of Solar Power Generation Control System 总 计：24页 表 格：3个 插 图：22幅 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科
2、毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 3/25 南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）太阳能发电控制系统设计 Design of Solar Power
3、 Generation Control System 学 院（系）：电子与电气工程学院 专 业：电气工程与其自动化 学 生 姓 名：X X 学 号：1040911200XX 指 导 教 师（职称）：尉乔南（讲师）评 阅 教 师：完 成 日 期：学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪
4、控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 4/25 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制
5、系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 I/25 太阳能发电控制系统设计 电气工程与其自动化 X X 摘 要 为了提高太阳能的利用率，本文研究了一种新型的基于 DSP的高精度太阳能跟踪控制器。该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结合的方式来实现。
6、该跟踪控制器以 DSP作为控制芯片，根据天体运行规律，实时计算出太阳的位置，使跟踪器定位到一定的范围；同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光，将光能转换成电能，根据 DSP计算的控制信号，由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪，使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置，从而可以达到充分利用太阳能的目的。关键词 DSP；四象限光电池传感器；步进电机；跟踪 Design of Solar Power Generation Control System Electrical Engineering and Automation Specialty Zhang Xxxx Abstr
7、act:In order to improve the utilization rate of solar energy,this paper studies a new kind 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 i
8、s used as the control chip by DSP,according 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构
9、控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 II/25 to the laws of celestial bodies,in real time 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 lig
10、ht into electrical energy conversion.According to the calculation of DSP control signals,by the stepper 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
11、system control,meanwhile,need to design the algorithm of the software system,mainly include solar 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 录 1 引言.
12、6 1.1 选题的背景.6 1.2 国内外太阳能发展的现状.6 1.3 研究的目的和意义.7 2 总体设计方案.7 3 硬件设计.9 3.1 概述.9 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度
13、的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 III/25 3.2 太阳能跟踪控制器机械结构.9 3.3 检测系统电路设计.9 3.3.1 四象限传感器.9 3.3.2 检测电路.10 3.4 控制系统电路设计.12 3.4.1 DSP芯片的特点.13 3.4.2 电源电路.13 3.4.3 时钟电路.14 3.4.4 片外存储器 RAM.15 3.4.5 逆变电路.16 3.4.6 JTAG 接口电路.17 3.4.7 复位电路.18 3.5 步进电机控制电
14、路设计.18 3.5.1 步进电机.18 3.5.2 步进电机驱动器.18 4 软件设计.19 4.1 概述.19 4.2 CCS3.3的软件开发流程图.20 4.3 太阳能跟踪控制器算法设计.20 4.4 太阳能发电的软件设计.错误!未定义书签。4.4.1 主程序流程图.错误!未定义书签。学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的
15、利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 IV/25 4.4.2 中断服务流程图.错误!未定义书签。4.5 时钟芯片 ISL1208 软件设计.错误!未定义书签。4.5.1 时钟芯片.错误!未定义书签。4.5.2 时钟芯片实现的 I2C协议.错误!未定义书签。结束语.错误!未定义书签。参考文献.错误!未定义书签。致谢.
16、错误!未定义书签。学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可
17、以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 5/25 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使
18、太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 6/25 1 引言 1.1 选题的背景 能源是人类生存发展必须具有的基本资源。从古至今人类获得能源的途径，可分为地上能源、地下能源与天上能源等三个阶段。地上能源主要是植物能源，水能、风能等，在人类农业经济社会阶段主要是植物能源，到了现代工业经济社会阶段，主要是煤石能源。随着世界经济的发展，进入 21 世纪以来，各国对能源的消耗以日俱增，能源短缺已成为人类社会面临的一个重大挑战，面对石油这些不可再生的资源，必须在其耗尽之前寻找到替代能源，否则未来世界将会因此不断爆发能源危机。太阳能作为新能源与可再生能源的重要
19、组成部分，有着煤炭、石油、天然气等化石能源无法比拟的优点：(1)储量丰富：太阳能是取之不尽、用之不竭的。(2)应用广泛：太阳能不存在分布的偏集性，只要有阳光的地方就可以就地利用，有利于解决偏远乡村、海岛等地区的能源供应问题。(3)绿色环保：太阳能利用过程中，不需要燃料、不产生噪声，没有废气、废水、废渣等的排放。(4)经济性：虽然目前太阳能发电的成本仍为常规发电的几倍，但随着太阳能利用技术的发展，其利用成本已大大下降。一般来说，太阳能利用的初期投入成本比较高，但由于太阳能无污染、无噪声、取之不尽、分布广泛的特点，从长期来看，其使用成本要小的多。鉴于以上优点，太阳能的开发利用具有巨大的市场前景，不
20、仅能带来很好的社会和环境效益，还具有明显的经济效益1-3。1.2 国内外太阳能发展的现状 从国际上看，世界各国从能源供应安全和清洁利用的角度出发，把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展趋势。自 20 世纪 80 年代以来，光伏产业可以说是世界上增长最快的高新技术产业之一。我国在太阳能光伏发电的研究方面起步较晚，但拥有丰富的太阳能资源和巨大的市场需求。经过二十几年的艰苦努力，已经为太阳能光伏发电的发展和大规模应用奠定了良好的基础。特别是随着西部大开发政策的推行，国学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电
21、控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 7/25 家加大对光伏产业的投入，使得我国太阳能发电行业快速发展。目前，我国太阳能产业规模已位居世界第
22、一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。1.3 研究的目的和意义 太阳能作为一种新型的绿色能源，有着广泛的发展前景，太阳能发电已成为未来全球解决能源危机的最具独特优势的重要途径。但是由于太阳能本身的缺点，现在对太阳能的利用率普遍较低，并且现有跟踪控制器也有着各种缺点。在各种类型的跟踪器中，纯机械式的跟踪效率低，额外提高了成本，在设备中添加跟踪器就失去了原来的意义。要进一步提高太阳能的利用率，需要更深一步的研究和探讨，以开发出真正廉价、实用的自动跟踪器。2 总体设计方案 目前，各种类型的太阳能跟踪器装置，从简单到复杂，主要分为两大类，即机械系统和电控系统。机械
23、系统一般又可分为压差式和控放式；而电控系统一般可分为光电式和视日运动轨迹式，视日运动轨迹式跟踪又分为单轴跟踪方式、极轴式全跟踪方式和高度角-方位角式全跟踪方式。本文主要是对高度角-方位角式全跟踪方式的太阳能发电控制系统的研究，研究的主要工作如下：（1）设计太阳能跟踪控制器机械结构，该结构具有两个自由度，即水平方向转动自由度和竖直方向转动自由度。该机械结构的运动由两个步进电机来驱动，完成对太阳高度角和方向角的跟踪。（2）设计太阳能跟踪控制系统硬件系统。硬件系统主要包括两个方面：检测电路系统，控制电路系统。检测电路系统主要完成四象限光电池传感器信号的滤波、放大、比较等，把采集的太阳能信号传递给控制
24、电路。控制电路是完成整个系统的控制部分，其根据 DSP计算的控制信号，控制步进电机实现对太阳高度角和方位角的控制。（3）设计系统软件的算法。系统主要的算法主要是太阳能跟踪控制器运动控制方程的实现。太阳能跟踪控制器运动控制方程依照太阳的运行规律来计算太阳的运行轨迹，即太阳视日运动轨迹。（4）完成太阳能跟踪控制系统的软件设计。以 CCS3.3 为设计平台，根学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统
25、设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 8/25 据各软件功能模块来设计相应的软件。主要的功能模块为：主程序模块，太阳跟踪角度计算模块，信号采集模块，步进电机控制模块以与其它相关的功能模块的设计4-5。总体结构图和跟踪结构框图如图 1 所示：图 1(a)
26、太阳能发电控制系统总体结构 图 1(b)跟踪控制框图 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳
27、能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 9/25 3 硬件设计 3.1 概述 太阳能跟踪控制器的机械结构设计为两个自由度，即一个水平方向转动自由度和一个竖直方向转动自由度，由两个步进电机来分别驱动。太阳能跟踪器的硬件系统包括三大部分：检测系统电路、控制系统电路和电机系统。检测系统电路是整个控制系统的重要部分，其主要由传感器检测电路和信号处理电路组成。传感器检测电路主要是通过四象限光电池采集板，由光电池传感器检测周围光信号，把相应的光信号转变成电压信号。控制系统主要由 DSP主控、时钟电路、电源电路、信号采样等部分组成，完成整个电路的控制和驱动。电机系
28、统主要由步进电机和步进电机驱动器组成。3.2 太阳能跟踪控制器机械结构 太阳能跟踪控制器的机械结构主要由底座支架、水平旋转自由度方向机构、竖直旋转自由度方向机构、电池板支撑机构、传感器装置等几部分构成。其工作原理如下：太阳能跟踪控制器机械结构有两个自由度，即一个水平方向转动自由度和一个竖直方向转动自由度，均由步进电机驱动。由控制系统软件计算太阳的位置，将其转化为相应的步进电机驱动信号，使太阳能接收板转到该位置。然后根据传感器装置采集到的信号，进一步由步进电机对太阳能接收板进行微调。以实现调整太阳能电池板的姿态使其板面接近于与太阳光线垂直的方向，达到最大限度接收太阳能量的目的。3.3 检测系统电
29、路设计 利用四象限传感器接收来自不同角度的入射太阳光，然后通过光强检测电路将太阳光线的辐射强度信息转化为电压信号的形式输出。3.3.1 四象限传感器（1）光电池传感器的选型 光电池元件利用光生伏特效应的原理把光能转换成电能。光电池是一种有源器件,根据光电池的特点和工作需要程度，在这里选用 4 片 sps0606 硅光电池传感器6。该传感器的主要参数如表 1 所示。（2）四象限传感器的布局 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系
30、统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 10/25 四个光电池传感器分别放置在太阳能采集板的上下左右四个不同位置，接收来自不同角度的入射太阳光。其布局如图 2 所示：当上下两个光电池传感器接受到的光强度差值小于某个极小
31、量时，控制器不发出让电机动作的命令：当两个信号强度超过一定的范围时，可以控制电机转动，电机的转动速度也可由光强的差值大小来确定，从而使采光面板在竖直方向上正对着太阳光。左右两个光电池传感器用来控制另一个电机，使太阳能采光板在水平方向上正对着太阳光。从而实现了由太阳光控制电机的目的。通过两个电机的控制，可以让采光面板始终正对着太阳，实现最大化利用光能。图 2 四象限传感器布局 表 1 sps0606 硅光电池传感器参数 封装 黑色陶瓷封装 窗口材料 滤光平板玻璃 典型暗电流（nA）0.01 开路电压（100Lx）(mV)300 短路电流（100Lx）（A）5 感光范围（nm）3001000 峰值
32、波长（nm）700 3.3.2 检测电路（1）太阳光强检测电路 信号放大电路如图 3 所示：由于光电池传感器出来的信号比较小，放大电路采用差动放大，其双端输入-单端输出，具有共模抑制比高的特点。前级采用同向放大器，可以获得很高的输入阻抗，后级采用差动放大器可以获得较高的共模抑制比，增强电路的抗干扰能力。其中 R1=R3，R4=R5，R6=R7；可计算出放大的倍数如公式 1 所示：=R7R5(1+2R1R3)(V2-V1)（1）（2）绝对值电路 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工
33、学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 11/25 精密有源绝对值电路，如图 4 所示：这是一种经过改进的绝对值电路，失真比较低，适合小信号处理。其工作原理是：输
34、入 V30时，运放 U358/1-1A的输入小于 0，U358/1-1B 的输出大于 0，二极管 D2导通，D1两端加上了方向电压而被强制关段，U358/1-1B 即是电压跟随器，则 V4=V3。当 V30时，U35/1-1A的输出大于 0，U358/1-1B的输出小于 0，二极管 D1导通，D2两端加上了反向电压而被关断，U358/1-1A 作为反向电路，使得 V4=-V3，所以V4=|V3|。图 3 太阳光强检测电路图 图 4 精密有源绝对值电路原理图（3）比较电路 经过差动放大电路的传感器信号输入比较器的 3 脚，若输入信号大于 0，学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南
35、阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 12/25 则输出为高电
36、平（+3.3V），若输入信号小于 0，则输出为低电平（0V）。根据输出电压的高低，可以判断出差动放大电路那个输入信号更大，进而可以判断出光电池传感器那边的接收信号更强，如图 5 所示。（4）有源滤波电路 由于光电池传感器采集的信号是电压信号，需要滤除纹波。本滤波电路为电压控制电压源（VCVS）电路，如图 6 所示：其运放为同向输入，输入阻抗高，输出阻抗低，滤波器相当于一个电压源，其优点是电路性能稳定，增益容易调节。由于 DSP芯片内部有 A/D 转换功能，故滤波后的电压经过采样后即可送入 DSP芯片。图 5 比较电路原理图 图 6 有源滤波电路原理图 3.4 控制系统电路设计 控制电路采用数字
37、信号处理器型号为 LF2407A的 DSP芯片和电压调节芯片处理各种信号，对电信号进行处理并通过各种算法实现控制 PWM 波输出，再通过驱动电路实现主电路的控制脉冲的输出，同时控制步进电机动作。学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围
38、同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 13/25 3.4.1 DSP芯片的特点 DSP LF2407A主要的接口包括目标存储器接口、模拟接口、CAN总线接口、外部扩展接口等。它提供了 128K的静态存储器，外部 I/O 口支持相应的 64K I/O 端口，片上的 CAN总线和 RS232端口可用做扩展连接7-8。它具备以下一些特点：（1）片内有高达32KB的FLASH 程序存储器，高达1.5KB的数据/程序 R
39、AM，544 字双口 RAM(DARAM)和 2KB 的单口 RAM(SARAM)（2）两个事件管理器模块 EVA和 EVB，每个包括两个 16 位通用定时器和 8 个 16 位的脉宽调制(PWM)通道 （3）可扩展的外部存储器总共 192K字空间，64K字程序存储器空间，4K字数据存储器空间和 64K字 I/0 寻址空间 （4）看门狗定时器模块(WDT)（5）10 位 A/D转换器最小转换时间为 500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个 8 通道输入 A/D转换器或一个 16 通道输入的 A/D转换器 （6）控制器局域网络(CAN)2.0B 模块 （7）串行通信接口(SCI)模块 （8）
40、16 位串行外设(SPI)接口模块 （9）基于锁相环的时钟发生器 （10）高达 40 个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GPIO)（11）5 个外部中断(两个电极驱动保护、复位和两个可屏蔽中断)3.4.2 电源电路 系统一共用到了 5 种电源，都是 DC/DC电源，电源的详细使用情况如表 2所示：表 2 电路主要电源使用情况 电源 产生方式 主要用途+24V 由 24V电源稳压滤波得到 系统供电的主电源和步进电机供电+5V 由 24V电源稳压滤波得到 传感器信号处理电路，时钟电路等供电-5V 由5V电源经电源转换芯片得到 信号处理电路所需的负电源 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电
41、控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 14/25
42、+3.3V 由+5V电源经电源转换得到 LF2407A所需的供电，比较器供电+3.3V 由5V变换得到 F28027A所需供电 为了减少电源噪声和互相干扰，数字电路和模拟电路一般要独立供电，数字地和模拟地也要分开，并最终通过一个磁珠在一点连在一起，用 TPS7333进行 3.3V 电压的转换对 DSP最小系统供电，如图 7 所示。图 7 TPS7333 转换电路原理图 3.4.3 时钟电路 本文采用的是 Intersil公司的时钟芯片 ISL1208。ISL1208 是低功率实时时钟，其具有功能：时钟日历、周期或轮询报警、定时与晶体补偿、电源失效指示器等9。ISL1208 的引脚图如下图 8
43、所示。图 8 时钟芯片 ISL1208 引脚图 X1和 X2脚分是反相放大器的输入、输出端。外接 32.768kHz 的振荡器，为 ISL1208 时钟提供基准时间。在工作温度范围内，内部补偿可以提高器件学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确
44、控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 15/25 的精度。VBAT 引脚为时钟芯片提供备用电源电压。当 VDD 失效时，电源切换到 VBAT。IRQ/FOUT（中断输出频率输出），该引脚是双重功能引脚，可以用作中断输出引脚或作频率输出引脚。串行时钟（SCL）引脚，SCL引脚为串行上接收和发送提供时钟。串行数据（SDA）引脚，SDA具有双向功能，可以发送和接收数据。时钟电路的原理图如图 9 所示，串行数
45、据线和串行时钟线接上拉电阻，上拉电压为 5V。图 9 ISL1208 原理图 3.4.4 片外存储器 RAM DSP LF2407A片内 RAM 只有 2K,开发状态对程序进行仿真调试时，调试稍大一点的程序就只能用片外 RAM,为了提高调试效率，系统扩展了片外的程序存储器，采用的是 Cypress 公司的 CY7C1021芯片，其存储时间为 33ns，数据宽度是 16 位，容量 64k。存储量大时，所有结果存在外部 CY7C1021中，正常运行时作为 A/D采样结果的存储空间。图 10 为片外存储器扩展。学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发
46、电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 16/25 图 10 片外存储器扩展 3.4.5 逆变电路（
47、1）脉宽调制电路 控制系统采用集成脉宽调制芯片 SG3525构成的脉宽调制电路。输入SG3525的误差信号经过误差放大器放大后，与其内部振荡器产生的锯齿波进行比较，输出的脉宽信号再经分相器分成 2 路互不重叠的两相信号，由 11 和14 端输出。控制信号越大，则输出的脉宽越宽，脉宽调制电路原理如图 11所示。由于驱动模块 M57959L需要的是低电平输入信号，SG3525输出的 2 路PWM 信号经过工作在饱和状态的三极管反相输出后加到 M57959L的 13 脚。（2）驱动电路 驱动电路的作用是将 SG3525输出的 2 路 PWM 脉冲进行功率放大，以驱动IGBT。M57959L驱动电路如
48、图 12 所示。电阻 Rg为 IGBT栅极限流电阻，二极管 D1是过载/短路检测二极管，稳压二极管 D2用以补偿 D1反向恢复时间（在D1反向恢复时间偏长时使用），稳压二极管 D3、D4用于保护 IGBT的发射结。学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和
49、传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算的控制信号由步进电机作为执行机构控制太阳能板对太阳位置的跟踪使太阳能跟踪装置始终正对着太阳的位置从而可以达到充分利用太阳能的目太阳能发电控制系统设计 17/25 图 11 脉宽调制电路 图 12 M57959L 驱动电路 3.4.6 JTAG 接口电路 JTAG是 JOINT TEST ACTION GPOUP 的简称，JTAG接口用于连接 DSP系统板和仿真器，实现仿真器 DSP访问，JTAG的接口必须和仿真器的接口一致，否则将无法连接上仿真器。其连接图 13 所示。1141312111098765
50、432TMSTDOTDITCKEMU0/TRTSENU1/OFF+5V4.7K0.1u10u4.7K+5VJTAG接口 学生指导教师尉乔南完成日期年月太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科生毕业设计论文太阳能发电控制系统设计总计页表格个插图幅太阳能发电控制系统设计南阳理工学院本科毕业设计论文太阳能发电控制系统设计学院系电控制系统设计南阳理工学院太阳能发电控制系统设计太阳能发电控制系统设计电气工程与其自动化摘要为了提高太阳能的利用率本文研究了一种新型的基于的高精度太阳能跟踪控制器该控制器采用软件粗控制和传感器精确控制相结围同时通过四象限光电池传感器接收来自不同角度的太阳光将光能转换成电能根据计算