基于FPGA的光电跟踪太阳能的电机驱动研究

【摘要】：太阳能是一种新型的清洁能源，但目前已经投入使用的太阳能发电系统的太阳能利用率还不高。在实际应用过程中需要用各种技术手段和设施来解决太阳能发电系统存在的一些问题。本文主要运用太阳跟踪来提高太阳能的接收效率。本文在对目前国内外太阳能跟踪器发展现状和原理的基础上，提出了一种基于FPGA的利用光电传感器设计的太阳能跟踪装置，并对其电机驱动做了主要研究。本课题的设计思想是，利用光电传感器采集光信号，然后将采集到的模拟信号经过A/D转换芯片ADC0804转换成数字信号，再将数字信号传入FPGA控制芯片进行算法处理，再把FPGA处理过后的信号输入步进电机控制芯片L297来控制步进电机的转动，步进电机再带动转轴使得太阳能电池板旋转，最后达到太阳跟踪的目的。最后对跟踪器的各个模块进行测试，结果表明，本课题所进行的太阳跟踪器的电机驱动研究思路、控制方法、硬件设计以及软件设计都是切实可行的。 【关键词】：太阳跟踪 光电传感器 FPGA 步进电机驱动
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN791;TM301.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第1章 绪论7-11
• 1.1 课题研究的目的和意义7-8
• 1.1.1 开发太阳能的重要意义7-8
• 1.1.2 中国的太阳能资源8
• 1.2 课题研究的国内外现状及趋势8-10
• 1.3 论文研究的内容10
• 1.4 本章小结10-11
• 第2章 太阳跟踪的相关理论11-24
• 2.1 太阳跟踪的相关理论11-16
• 2.1.1 太阳能电池原理11-13
• 2.1.2 太阳跟踪必要性分析13-16
• 2.2 太阳跟踪的方法16-20
• 2.2.1 光电跟踪法16-18
• 2.2.2 视日运动轨迹跟踪法18-20
• 2.3 太阳跟踪机构20-21
• 2.4 步进电机相关理论21-23
• 2.4.1 混合式步进电机21-22
• 2.4.2 混合式步进电机的原理简介22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 基于 FPGA 的光电跟踪太阳能电机驱动研究24-38
• 3.1 电机驱动的基本原理24-25
• 3.2 基于 FPGA 的设计方法25-30
• 3.2.1 本课题 FPGA 的设计方法25-26
• 3.2.2 本课题的 FPGA 开发流程26-28
• 3.2.3 FPGA 控制模块的整体思路28-30
• 3.3 FPGA 控制模块的各子模块的设计及仿真30-32
• 3.3.1 分频器 div50to2 模块30-31
• 3.3.2 算法 com 模块31-32
• 3.4 FPGA 控制模块的设计及仿真32-36
• 3.5 FPGA 控制模块的硬件验证36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第4章 电机驱动硬件设计38-46
• 4.1 FPGA 核心板模块38-40
• 4.2 光电信号采集模块40-41
• 4.3 模/数（A/D）转换模块41-42
• 4.4 步进电机控制及驱动模块42-43
• 4.5 电机驱动的工作原理43-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第5章 实验结果及分析46-51
• 5.1 引言46
• 5.2 调试准备工作46-48
• 5.3 各功能模块测试48-49
• 5.4 结论49-50
• 5.5 存在的问题和后续工作的展望50-51
• 参考文献51-55
• 附录55-59
• 致谢59

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