基于arm的太阳跟踪控制系统设计

### 基于ARM的太阳跟踪控制系统设计 #### 摘要 本文介绍了一种用于碟式太阳能热发电的双轴太阳跟踪系统的设计方案。该系统以32位ARM（Advanced RISC Machines）嵌入式微处理器芯片为核心，通过程序控制实现对太阳水平和俯仰两个方向的全跟踪。此外，为了提高跟踪精度，在跟踪机构上安装了角度传感器进行定时误差校正。此设计成本低廉、功能扩展性强，并且能够满足碟式太阳能热发电所需的跟踪精度，具备较高的实用价值。 #### 关键词 - ARM - 太阳能热发电 - 太阳跟踪 #### 0 引言 太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其利用面临着诸如密度低、间歇性以及空间分布不断变化等问题。理论研究表明，太阳的精确跟踪与非跟踪之间能量接收率相差高达37.7%。因此，在太阳能利用中实现精确跟踪是非常必要的。目前常用的太阳跟踪方法包括光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。前者虽然跟踪灵敏度高，但易受天气影响导致误操作；后者根据跟踪系统的轴数分为单轴和双轴跟踪，其中双轴跟踪能够在太阳高度角和赤纬角的变化上实现更全面的跟踪，从而获得更多的太阳能。本文介绍的是一种基于32位ARM嵌入式芯片LPC2290的双轴跟踪系统，通过精确控制跟踪机构的水平和俯仰两个自由度来实现对太阳的全跟踪，并通过角度传感器进行误差校正，从而显著提高跟踪精度。 #### 1 系统硬件设计 本系统硬件部分由控制部分和双轴动力系统组成。 ##### 1.1 控制部分 控制部分主要包括： - **ARM主控板**：以嵌入式处理器LPC2290为核心，配备丰富的资源和通用设备接口，实现与PC的通讯、系统运行程序的仿真调试及固化等功能。 - **液晶显示模块**：采用5.2英寸、320x240x3(RGB)的高品质点阵控制彩色LCD显示屏，带有触摸屏，用于人机交互。 - **存储单元**：扩展16M的FLASH存储器（SST39VF160），支持程序的永久保存。 - **键盘接口**：4x4键盘用于控制与输入，ZLG7290B芯片负责键盘扫描管理和数码管显示驱动。 ##### 1.2 双轴动力系统 双轴动力系统主要包括： - **机构支架**：支撑整个跟踪系统。 - **集热器**：收集太阳能。 - **步进电机及其驱动器**：作为动力源，实现跟踪机构的水平和俯仰运动。 #### 1.1.1 ARM主控板介绍 本系统选用PHILIPS的LPC2290作为微控制器。LPC2290是一款基于实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器，具有以下特点： - **强大的处理能力**：能够高效地处理复杂的跟踪算法。 - **丰富的外部接口**：便于连接各种传感器和外部设备。 - **内置资源**：如PWM输出，用于精确控制步进电机。 #### 1.1.2 液晶显示模块 本系统选用的LCD显示器型号为LFUBK906XA，尺寸为5.2英寸，分辨率为320x240x3(RGB)。由于LPC2290本身并未集成液晶控制模块，因此需外接S1D13503液晶控制器。 #### 1.1.3 存储单元 为了存储跟踪算法和系统固件，系统扩展了16M的FLASH存储器（SST39VF160）。SST39VF160采用SST特有的高性能SuperFLASH技术制造，支持固定擦除和编程时间，与擦除/编程周期数无关。 #### 1.1.4 键盘接口 本设计选用了4x4键盘作为主要的控制与输入外设，同时使用了ZLG7290B作为键盘驱动芯片。ZLG7290B不仅能够直接驱动8位共阴式数码管，还能扫描管理多达64只按键。 #### 结论 基于ARM的太阳跟踪控制系统设计充分利用了32位ARM嵌入式微处理器的强大处理能力和丰富的外部接口资源，结合双轴动力系统实现了对太阳的全跟踪，并通过角度传感器进行定时误差校正，大大提高了跟踪精度。该系统不仅能够满足碟式太阳能热发电的需求，而且成本低廉、易于维护、功能扩展性强，具有较高的实用价值和广阔的应用前景。