基于DSP的太阳跟踪控制系统研究

论文摘要

太阳能是一种理想的可再生能源,世界各国都在积极开发利用太阳能,我国也把开发利用太阳能做为一项国家可持续发展的重要战略。理论分析表明:跟踪式与定点式的太阳能发电装置相比,其能量的接收率可提高35%,而目前太阳能利用转化率约为10%～20%。因此,本文研究了现有太阳跟踪器的原理,并结合上海机器人与信息处理研究所的相关课题,开展研究设计了一种基于DSP的技术经济性好的太阳跟踪控制系统。在对目前国内外太阳跟踪器原理研究的基础上,本文设计了一种按仰角(太阳高度)和方位角(太阳方位)分别控制调节的太阳跟踪控制系统。采用通过DSP计算发出脉冲,控制步进电机的转动角度,实现对太阳的自动跟踪,使跟踪装置始终处于与发光源垂直的最佳位置。根据设计功能的要求,本文在CCS设计平台上完成了系统的主程序模块、太阳角度计算模块、步进电机脉冲控制模块以及其他相关功能模块的软件设计工作。主要实现了利用时钟芯片提供的实时时间,系统白天根据太阳高度角和方位角的计算实现太阳自动跟踪,夜晚系统可以自动复位到早晨对应日出的初始位置。硬件方面的选型和配置,DSP控制模块选用TI公司的TMS320LF2407A,并研究了该DSP芯片外围硬件工作原理及电路的设计。系统选用两台42BYGH型步进电机,并以AT89C2051单片机和功率放大器L293D为主组成了配套的步进电机驱动控制模块,以及其他如时钟芯片X1226配置等。在硬件设计部分,还对DSP控制模块、步进电机和步进电机驱动控制模块的相关工作原理、硬件结构、电路原理、实现功能,以及相关选型加以说明。经软硬件联合调试验证,本文设计的太阳跟踪控制系统的研究思路、控制方法、硬件设计以及软件设计均是切实可行的。系统具有结构简单、运行平稳、跟踪精度高、抗干扰性强等特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 发展太阳能的背景
• 1.1.2 国内外太阳能利用的现状
• 1.1.3 太阳能利用的优缺点
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 研究现状分析
• 1.4 本文研究内容
• 1.5 本文结构
• 第二章 系统的总体设计
• 2.1 系统设计的原则和目标
• 2.2 系统的总体设计方案
• 2.3 系统的软件设计
• 2.4 系统的硬件设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统的软件设计
• 3.1 CCS 设计平台
• 3.1.1 软件开发环境及流程
• 3.1.2 目标文件格式
• 3.1.3 软件开发准备工作
• 3.2 太阳跟踪主程序设计
• 3.3 太阳角度天文计算设计
• 3.4 步进电机脉冲计算设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统的硬件设计
• 4.1 DSP 控制模块
• 4.1.1 DSP 芯片选型
• 4.1.2 LF2407A 系统结构特点
• 4.1.3 LF2407A 事件管理器模块
• 4.1.4 LF2407A 串行通信口
• 4.1.5 LF2407A 时钟
• 4.1.6 LF2407A JTAG 接口
• 4.2 实时时钟
• 4.3 步进电机驱动控制模块
• 4.3.1 步进电机驱动系统
• 4.3.2 AT89C2051 单片机
• 4.3.3 功率放大器L293D
• 4.4 步进电机模块
• 4.5 LF2407A 及外围器件工作电压
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统的调试和结果
• 5.1 调试准备工作
• 5.2 联调测试结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文