基于超声波回波衰减理论的超声波浓度计设计.docVIP

太阳能板自动跟踪系统设计 摘 要：为了提高太阳能的利用效率，文中提出一种图像处理与视日运动轨迹相结合的方法，实现太阳能板高精度跟踪太阳。以视日运动轨迹为捕捉范围，拍摄到图像之后进行处理。得到太阳光斑质心坐标与图像中心坐标的偏差，驱动水平和俯仰两路步进电机，使太阳光斑始终在图像中心位置，从而使太阳能板对准太阳。在捕获太阳之后，对系统进行自修正，使视日运动轨迹跟踪的定位更加准确，提高系统对环境的适应性。该方法跟踪稳定，精度高，为太阳能的利用提供了一种新方法。 关键词：自动跟踪，图像处理，TMS320VC5402，高度角，方位角 中图号：TB23　　　　文献标志码：A 太阳能的使用是人类对可再生资源利用的重要方面之一。如何使太阳能板对准太阳，成为太阳能利用的重要课题。现有的跟踪方法主要有压差式、控放式、光敏传感式、视日运动轨迹跟踪式等[1]。压差式和控放式为机械式跟踪，纯机械式的跟踪控制器精度较低，太阳能的利用率就比较低，要提高利用率就要在添加其它设备，额外提高了成本；光电传感式太阳跟踪控制系统的精度相对较高，但容易受天气等因素的影响，不够智能化；而如果单独使用天文历法的方法进行太阳的跟踪，首先需要高精度的解算，并且需要高精度的安装，这就导致系统的适应性较差，而且不能自动纠正误差。如果要提高太阳能的利用效率，需要近一步的研究和探讨，开发出真正高精、实用、廉价的太阳能自动跟踪器。本文提出的跟踪的方法能够更高效率的利用太阳能，提高单位面积太阳能板吸收太阳能的能力；并具有较强的环境适应能力，方便用户的使用。因此需要进一步研究基于图像处理的太阳自动捕获跟踪的方法，以及与视日运动轨迹相结合的方法来提高系统效率的方法。 1 系统硬件构成 基于图像处理的太阳能板自动跟踪控制系统，由CCD数字摄像机、DSP系统、万年历时钟电路、步进电 机控制电路和步进电机等五大部分组成，系统结构框如图1所示。与太阳能板安装在一起的CCD数字摄像头将采集的图像传输至DSP应用系统[2]，系统处理图像，并得到跟踪指令，驱动步进电机，使太阳能板对准太阳，也使CCD数字摄像头对准了太阳。 若在CCD拍摄图像范围内无法找到太阳图像，则读入世界时间，并计算方位角和高度角，使太阳能板对准到预定范围，从新捕获。 图1 系统结构框图 Fig.1 Structure of system 图2 系统电路原理图 Fig.1 Schematic of system 2 视日运动轨迹 对于地球上的任意点，太阳的运动轨迹相对固定，可由天文计算的方法进行计算，得到视日运动轨迹[3]。即可根据这种方法来捕捉太阳，使太阳能接收板对准太阳。 太阳的高度角计算公式为： Sinh＝sinφsinδ＋cosφcosδcosω 式中：h为太阳高度角；φ为当地地理纬度；δ为太阳视赤纬；ω为太阳时角。 太阳方位角的计算公式为： A=asin(sinφ*cosδ/ cosh) 其中，太阳赤纬角=0.3723＋23.2567sinθ＋0.1149sin2θ－0.1712sin3θ－0.758cosθ＋0.3656cos2θ＋0.0201cos3θ式中θ称日角，即 θ=2πt／365.2422 这里t又由两部分组成，即 t=N－N0 式中N为积日，就是日期在年内的顺序号，例如，1月1日其积日为1。 N0=79.6764＋0.2422×（年份－1985）－INT〔（年份－1985）／4〕坐标北纬 34°16, 东经 108°54分别如图3和图4所示： 图3 太阳方位角曲线 图4 太阳高度角曲线 Fig.3 Graph of sun azimuth Fig.4 Graph of sun zenith 3 图像处理实时跟踪 3.1 图像处理 首先由安装在太阳能板上的摄像头模块（OV7670）读取实时图像数据，其输出模式设置为RGB888，即RGB值分别为8位数据,，图像采集的大小为320*240。由于TMS320VC5402的内部RAM只有16K，不能存储一副彩色图像，需在采集过程中将RGB图像转换为灰度图像，其转换关系为： Gray = 0.3*R + 0.59*G + 0.11*B 并将灰度图像进行压缩之后存储在TMS320VC5402的RAM中，为随后的处理准备数据。 DSP将图像进行阈值分割、边缘检测，并结合圆的检测方法[4]，在图像中提取出太阳的图像区域。将背景噪声去除[5]。然后计算保留区域的几何中心，即视为太阳在所拍摄图像中的中心位置点[6]。 拍摄到得图像及处理效果如下图所示： 图5 拍摄到的图像 图6 处理结果 Fig.5 The initial image