基于ARM的太阳跟踪装置闭环控制系统设计.pdf

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1、·24·工业仪表与自动化装置2010年第2期基于ARM的太阳跟踪装置闭环控制系统设计向平，张晋，高洁(西北工业大学机电学院，西安710072)摘要：文章以跟踪太阳为目的，设计了以ARM7的微处理器LPC2290为硬件，IxC／OS—II实时操作系统为软件平台的太阳跟踪装置系统。在分析了步进电机和环境影响因素的基础上，提出了加入角度传感器形成闭环控制系统的方案。在LPC2290上实现了ixC／OS—II实时操作系统的移植，分析了跟踪装置闭环控制系统的任务划分、任务设计。实现了跟踪系统对太阳大范围、高精度的全天候自动跟踪。关键词：ARM7；~C／OS—II；太阳跟踪；闭环控制中图分类号：

2、TP273．5文献标志码：A文章编号：1000—0682(2010)02一o024—03Designofclosed--loopcontrolsystermforsuntracingbasedonARMXIANGPing，ZHANGJin，GAOJie(NorthwesternPolytechnicalUniversity，XiⅡn，710072，China)Abstract：Forthepurposeoftracingthesun，thispaperdesignsthesuntracingsystermbasedontheARM7LPC2290asthehardwareand~C／

3、OS—-IIembeddedreal——timecontrolsystemsastheplatformofsoftware．Itputsforwardthepointofaddingsensorstoformclosed——loopcontrolsystemonthebasisofanalyzingthesteppermotorandenvironmentalfactors．ItintroducesthetransplantoftzC／0S—IItoLPC2290．andtheassignmentofthisclosed—loopcontrolsystemStasksisalsoan

4、alyzed．Thesystermforawiderangetracingandall—dayautomatictrackingwithhighprecisionofthesunisachieved．Keywords：ARM7；IxC／0S—II；suntracing；closed—loopcontrol因而集热温度较低，要提高能量密度则必须使集能0引言器平面始终和太阳入射光垂直，同时还应对太阳光太阳能以其无污染、安全、维护简单、资源不枯实行聚焦l4J。为了达到此目的，在使用中需要对竭等特点成为大家关注的主要焦点。然而它也存在太阳进行自动跟踪。理论研究表明，采用跟踪集热着密度低、间歇

5、性、空间分布不断变化的问题，这就装置始终与太阳光垂直，比不采用跟踪能量的接收对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。因此，率提高37．7％。因此系统采用在方位角和高度在太阳能利用中，对太阳的有效跟踪，变得尤为重角两个方位上不断跟踪太阳，将高度角和方位角值要j。该文提出了一种基于ARM7的32位微处理在编程中转换为脉冲数，由控制器间歇发送，从而驱器LPC2290和实时多任务操作系统IxC／OS—II的动步进电机，使集热器从日出到日落始终对准太阳，太阳跟踪装置闭环控制系统，使步进电机从竖直和以提高太阳能的利用率。水平两个方向对机械装置进行控制，从而实现了装1．1太阳运行轨道计算原理置对太阳

6、的有效跟踪。系统运行原理：依据天体运行规律计算出太阳1太阳跟踪系统设计基本方案对应于当地时间、经度、纬度的与水平面相对的高度角，水平方位角，进而控制步进电机按照确定的目前，较常用的太阳能采集方式均采用固定安角度运行。下面为太阳轨道简要计算公式。装方式。这种方式的缺点是太阳的能量密度低，太阳相对于当地水平面的高度角0的计算公式为：收稿日期：2009—07—13作者简介：向平(1963)，女，陕西西安人，硕士，副教授，研究sin0=sin6sinq~+cosc0scos(1)方向为生物医学工程理论和应用，自动检测技术，微机应用等。以南为正方向的太阳方位角计算公式为：2010年第2期工业仪

7、表与自动化装置·25·eos~co的影响分析如下：∞。■(2)1)系统是在通过对太阳相对于地球的运动轨其中：6：23．45i为太阳赤纬角，n为迹计算的角度数据基础上经过放大转换为脉冲数目，在放大的过程中会将原本不是整数的脉冲数化一年中的第几天，=(12一t)×15为太阳时角，t为为整数个脉冲，容易在控制过程中累积误差。当天时间(精确到秒)，为当地纬度。2)步进电机固有的低频共振，高频扭矩小引起1．2太阳跟踪系统框图的失步会造成实际位移值偏离理论位移值。太阳