首先系統(tǒng)根據(jù)計(jì)時(shí)模塊計(jì)算出當(dāng)前的時(shí)間，包括當(dāng)日在一年中的日期序數(shù)dn(單位：日)及當(dāng)前的時(shí)刻T(單位：h)，然后再根據(jù)日出日落時(shí)間計(jì)算模塊確定當(dāng)日的日出和日落時(shí)間，以便判斷當(dāng)時(shí)時(shí)間是否在日出后日落前。在程序計(jì)算過(guò)程中，利用太陽(yáng)高度角和方位角計(jì)算模塊計(jì)算當(dāng)前太陽(yáng)的位置，并與上次計(jì)算的太陽(yáng)的位置作差，分別計(jì)算出當(dāng)前跟蹤裝置高度和方位需要調(diào)整的角度及其旋轉(zhuǎn)方向，并隨后進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)脈沖驅(qū)動(dòng)模塊。首先調(diào)整高度角，判斷高度角差值的正負(fù)，驅(qū)動(dòng)高度方向的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。高度角步進(jìn)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)后調(diào)整方位角。判斷方位角正負(fù)，驅(qū)動(dòng)方位角步進(jìn)電機(jī)按照偏差旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。一次跟蹤后，在一定的時(shí)間間隔T后，系統(tǒng)再次提取時(shí)間計(jì)算、判斷、旋轉(zhuǎn)電機(jī)。當(dāng)日落時(shí)間到時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)至次日太陽(yáng)升起的位置并恢復(fù)初始狀態(tài)。由此本系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)的全天候、實(shí)時(shí)跟蹤。

3 基于FPGA的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)
太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)模塊圖如圖4所示。這里對(duì)基于FPGA的太陽(yáng)實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)建立的計(jì)時(shí)模塊、日出日落時(shí)間計(jì)算模塊、高度角方位角計(jì)算模塊、步進(jìn)電機(jī)脈沖產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì)及結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

3．1 計(jì)時(shí)模塊
視日運(yùn)動(dòng)跟蹤方法需要時(shí)間和地理緯度信息，一般的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的位置固定，可以自行設(shè)定其地理緯度值。對(duì)于時(shí)間建立了計(jì)時(shí)模塊，通過(guò)對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行多級(jí)分頻輸出視日運(yùn)動(dòng)跟蹤算法所需的間信息。
3．2 太陽(yáng)日出日落時(shí)間計(jì)算模塊
此模塊計(jì)算每天太陽(yáng)的日出日落時(shí)間，據(jù)此保證在太陽(yáng)的照射時(shí)間范圍內(nèi)，太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)正常運(yùn)行，在非照射時(shí)間，太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)。太陽(yáng)的日出日落時(shí)間即太陽(yáng)的高度角為零的時(shí)間。由高度角計(jì)算公式(8)和時(shí)角計(jì)算公式(9)推出太陽(yáng)的日出日落時(shí)間公式(10)。

太陽(yáng)日出日落時(shí)間計(jì)算模塊仿真波形如圖5所示，輸出為10 b Q4格式，dn為時(shí)間序號(hào)，其中richu代表日出時(shí)刻，riluo代表日落時(shí)刻。對(duì)太陽(yáng)日出日落模塊輸出結(jié)果分析如表1所示，dn為仿真隨機(jī)選取的日期，太陽(yáng)日出日落時(shí)間只與dn有關(guān)。對(duì)該模塊輸出的10 b Q4格式的時(shí)間計(jì)算其實(shí)際的代表值，并與理論計(jì)算值做比較，經(jīng)計(jì)算其輸出時(shí)間誤差很小，該模塊能夠準(zhǔn)確計(jì)算出日出日落時(shí)間。