基于單片機(jī)EM78247的光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽自動(dòng)跟蹤器

　　太陽赤緯角與時(shí)角可以由本地時(shí)間確定，而對(duì)確定的地點(diǎn)，本地的緯度角也是確定，因此只要輸入當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)地理位置與時(shí)間信息就可以確定此時(shí)此刻的太陽位置。

　　2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

　　EM78247是一款具有RISC結(jié)構(gòu)的高性能中檔單片機(jī)，僅有35條單字指令，8 k×14個(gè)字節(jié)FLASH程序存儲(chǔ)器，368×8個(gè)字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，256×8個(gè)字節(jié)E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，14個(gè)中斷源，8級(jí)深度的硬件堆棧，內(nèi)部看門狗定時(shí)器，低功耗休眠模式，高達(dá)25 mA的吸入/拉出電流，外部具有3個(gè)定時(shí)器模塊，2個(gè)16位捕捉器/16位比較器/10位PWM模塊，10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器，通用同步異步接收/發(fā)送器等功能模塊。

　　自動(dòng)陽光跟蹤器的控制方式主要有微處理器控制、PLC控制、DSP控制與模擬電路控制4種形式，根據(jù)以上原理，本文選擇性價(jià)比較高的EM78247單片機(jī)為控制核心，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體原理框圖如圖2所示。

　　整個(gè)控制器主要由控制單元與驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成?？刂茊卧山嵌扔?jì)算及反饋控制、啟動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生、電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生、保護(hù)信號(hào)處理與人機(jī)通訊5個(gè)部分組成。系統(tǒng)功能說明如下：單片機(jī)循環(huán)檢測光伏陣列的位置，并將其與計(jì)算出的此時(shí)本地太陽的高度角與方位角進(jìn)行比較來確定光伏陣列是否跟蹤上太陽的位置，如果沒有啟動(dòng)信號(hào)滿足啟動(dòng)條件，單片機(jī)就發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng);保護(hù)信號(hào)是保證系統(tǒng)在外界以及其他非人為因素情況下所執(zhí)行的一種操作指令，以確保系統(tǒng)不受損壞，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元主要功能是用來實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)，并通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光伏電池陣列轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　2.1 控制單元的硬件設(shè)計(jì)

　　由于采用了單片機(jī)作為主控制單元，大部分工作都由單片機(jī)在軟件中實(shí)現(xiàn)，從而簡化了控制電路的硬件設(shè)計(jì)，簡要說明主要控制部分的實(shí)現(xiàn)過程。

　　(1)角度計(jì)算及反饋控制 單片機(jī)通過外擴(kuò)三態(tài)鎖存器輸入口獲取時(shí)鐘模塊產(chǎn)生的時(shí)間信號(hào)與光電旋轉(zhuǎn)編碼器的位置信號(hào)后，利用單片機(jī)快速運(yùn)算處理能力用軟件加以實(shí)現(xiàn)；

　　(2)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成 本文采用的是步進(jìn)電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)脈沖由單片機(jī)內(nèi)部自帶的10位PWM波發(fā)生模塊產(chǎn)生，只需在軟件中設(shè)置相應(yīng)的有關(guān)參數(shù)就可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

　　(3)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是利用單片機(jī)內(nèi)部自帶的異步接受/發(fā)送器等功能模塊，硬件部分只需加MAX 232加以電平轉(zhuǎn)換，便可實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸；

　　(4)考慮到光伏發(fā)電只有在太陽光強(qiáng)滿足一定強(qiáng)度的時(shí)候才能發(fā)電，啟動(dòng)信號(hào)主要是利用光敏二極管檢測光強(qiáng)，保證系統(tǒng)在夜間或陰雨天不滿足發(fā)電條件的情況下，系統(tǒng)停止跟蹤，檢測電路如圖3所示。主要由放大、比較與光耦隔離3個(gè)部分組成；

　　(5)系統(tǒng)的保護(hù)功能主要包括大風(fēng)保護(hù)、電網(wǎng)掉電保護(hù)、振動(dòng)過大保護(hù)、限位開關(guān)與接近開關(guān)保護(hù)組成，單片機(jī)檢測到保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，便發(fā)出指令將系統(tǒng)停放在安全的位置上，確保整個(gè)系統(tǒng)不受損壞。圖4是電網(wǎng)掉電檢測電路原理圖，主要由降壓、整流與光耦隔離3個(gè)部分組成。

　　
圖4 電網(wǎng)掉電檢測電路原理圖