一种太阳能帆板的FPGA控制器设计

发布时间：2022-01-03 13:19

　　为了解决现阶段气象环境的变化使太阳能定位系统不稳定的问题,本文设计了基于新的阳光强度定位算法的太阳能帆板控制器。在阳光强度定位算法中,使用了全天候阳光强度数据采集法,该算法利用阳光强度的加权计算法来计算每个点的实际阳光强度,而后经过算法选择,计算出阳光最强方向坐标参数。并且在计算光强数据前,先对光强数据进行了滤波处理,这样就尽可能避免了外界环境对系统的干扰。该方法不但可以在阳光照射环境比较复杂的自然环境下使用,而且还可以在由非自然光的人工环境下使用,只要环境产生的光谱变化量大于传感器分辨率。实现了在有气象影响的自然环境下能精确的定位阳光最强方向的设计目的。基于该算法,提出了新的光电传感器阵列设计理念,辅助该算法在较短时间内收集光强数据。在电路设计方面,本文采用了自顶向下和自底向上两种设计方式互相配合的方法,以Verilog语言为主要设计手段,对核心的光强算法电路进行了全方位的设计。用随机数据来模拟现实环境下光强变化,用C语言模拟该系统运行情况,将测试结果和系统在Modelsim软件环境下的模拟结果相比较,检验了系统功能的正确性。并且对AD转换器的接口电路、SDRAM的接口电路及步进电机... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外太阳能帆板控制系统发展概况及研究现状
    1.3 传统追踪系统的局限性及存在的问题
    1.4 基于FPGA设计集成电路概述
        1.4.1 可编程逻辑器件发展简史
        1.4.2 可编程逻辑器件分类
        1.4.3 可编程逻辑器件基本设计流程
    1.5 论文的主要研究内容及组织安排
第2章 控制器总体设计
    2.1 引言
    2.2 设计思路
    2.3 控制器主要功能的实现
        2.3.1 光强数据采集
        2.3.2 光强数据存储
        2.3.3 光强数据过滤
        2.3.4 光强数据加权
    2.4 本章小结
第3章 控制器的硬件设计
    3.1 主要器件的选择
        3.1.1 传感器阵列硬件
        3.1.2 太阳能帆板动力控制部分硬件
    3.2 硬件电路设计
        3.2.1 光强数据采集部分硬件电路设计
        3.2.2 太阳能帆板动力控制部分电路设计
    3.3 本章小结
第4章 控制器的逻辑电路设计及功能仿真
    4.1 引言
    4.2 顶层电路及子模块连接图
    4.3 太阳能帆板控制状态机设计
    4.4 分频器与计时器
    4.5 阳光最强方向算法电路设计
        4.5.1 数字信号限幅滤波器设计及功能仿真
        4.5.2 最佳光强方向加权算法设计及功能仿真
        4.5.3 光强加权算法电路RTL原理图
    4.6 A/D转换接口电路设计
        4.6.1 A/D转换接口电路设计及功能仿真
        4.6.2 A/D转换接口电路及限幅滤波器RTL原理图
    4.7 SDRAM接口电路
        4.7.1 SDRAM寄存器接口电路应用
        4.7.2 SDRAM电路RTL原理图
    4.8 步进电机伺服系统接口电路设计
        4.8.1 步进电机速度控制模块设计及功能仿真
        4.8.2 步进电机驱动输出模块设计及功能仿真
        4.8.3 步进电机驱动电路RTL原理图
    4.9 本章小结
第5章 控制器逻辑电路综合验证
    5.1 引言
    5.2 系统RTL视图
    5.3 时序约束
    5.4 引脚分配
    5.5 布局布线
    5.6 控制器与周边设备连接
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
个人简历



本文编号：3566344