【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)題目 基于CMOS圖像傳感器的太陽(yáng)跟蹤控制器的設(shè)計(jì)系 別動(dòng)力工程系專業(yè)班級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)08K1班學(xué)生姓名Xxx指導(dǎo)教師xx2012年6月華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IV1基于CMOS圖像傳感器的太陽(yáng)跟蹤控制器的設(shè)計(jì)摘 要為了解決能源危機(jī)問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、構(gòu)建綠色環(huán)保社會(huì)，世界各國(guó)都在積極開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能資源。太陽(yáng)能的利用已經(jīng)滲透到社會(huì)各方面，但太陽(yáng)能利用效率低這一問(wèn)題一直影響和阻礙著太陽(yáng)能技術(shù)的普及和發(fā)展。為提高太陽(yáng)能利用效率而進(jìn)行太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤控制器的研究，有著重大而深遠(yuǎn)的意義。在分析比較了國(guó)內(nèi)外常用的幾種跟蹤方式后，設(shè)計(jì)了一種基于COMS圖像傳感器的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤控制器,上位機(jī)實(shí)現(xiàn)VC++與Matlab聯(lián)合編程,實(shí)時(shí)控制圖像傳感器獲取太陽(yáng)光斑圖像，經(jīng)Matlab計(jì)算,得到太陽(yáng)光斑質(zhì)心坐標(biāo)與圖像中心坐標(biāo)的偏差,轉(zhuǎn)化為水平和俯仰的步進(jìn)電機(jī)需調(diào)整的步數(shù),進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)整平面鏡跟蹤裝置,使太陽(yáng)光斑始終在圖像中心位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該裝置實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤的目的,具有較高的跟蹤精度。本課題完成了跟蹤控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括：跟蹤器控制電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、圖像采集電路、限位信號(hào)采集電路和串口通訊電路等。軟件設(shè)計(jì)主要包括：采用Visual C++編寫人機(jī)交互控制平臺(tái)、設(shè)計(jì)MATLAB算法進(jìn)行圖像處理并獲取跟蹤偏差、基于MCC實(shí)現(xiàn)VC++與MATLAB聯(lián)合編程。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明:在該系統(tǒng)中,高度角跟蹤絕對(duì)誤差和方位角跟蹤絕對(duì)誤差均在要求范圍內(nèi),采用圖像傳感器對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤后,得到了很高的精度,且可靠性提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，跟蹤控制器在可靠性、跟蹤精度、抗干擾性等方面均得到了有效的提高。最后，給出了本課題的工作總結(jié)和進(jìn)一步研究的方向。關(guān)鍵詞: 太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤。CMOS圖像傳感器。步進(jìn)電機(jī)。 VC++THE DESIGNING OF AUTOTRACKING CONTROLLER BASED ON CMOS IMAGINE SENSORAbstractDesign and Realization of Solar Autotracking Controller Based on CMOS Image Sensor In order to solve the energy crisis, achieve sustainable development and building a green munity, countries in the world are actively developing the use of solar energy resources. The use of solar energy has penetrated into all aspects of society, but the solar energy utilization efficiency is low impact and this issue has been hindering the popularization of solar energy technology. To improve the efficiency of solar energy utilization, the research of automatic suntracking controller has important and farreaching significance.In the analysis and parison of several monly used at home and abroad tracking mode, A solar automatic tracking controller based on CMOS image sensor is designed. Its host puter achieves a joint programming of VC++ and Matlab, and obtains the sun spot image by realtimely controlling the image sensor. The deviation between sun′s mass center coordinates and image center coordinates is calculated by Matlab. The calculation is converted into the steps of the level and pitch stepper motor to be adjusted. Realtime adjustment of plane mirror tracking device is achieved, so that sun spot has always being the center of the image. The experimental results show that the device automatically tracks the sun, and has high tracking accuracy.The subject pleted a tracking controller hardware and software design. Hardware design including: tracking control circuit, stepping motor drive circuit, image acquisition circuit, limit the signal acquisition circuit and the serial munication circuit. Software design including the design of Visual C++control platform for the preparation of humanputer interaction, design MATLAB algorithms for image processing and acquisition track bias, VC and MATLAB based MCC joint programming. Measured by the experimental analysis of the data shows that: In this system, the average error of height degree tracking and the average error of azimuth degree tracking can meet the requirements of the system. The results and analysis of the experiment show that, suntracking controller achieved the desired results in reliability, tracking accuracy and interference immunity.Finally, this thesis summing up the work and gives the direction of further study.Key Words: solar automatic tracking。 CMOS image sensor。 stepper motor。 VC++IV目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)跟蹤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展現(xiàn)狀 2 本課題的主要內(nèi)容及章節(jié)安排 32 太陽(yáng)跟蹤控制器整體方案設(shè)計(jì)及圖像采集 5 5 CMOS圖像采集 5 圖像傳感器選型 5 5 圖像預(yù)處理 6 8 10 113 太陽(yáng)跟蹤控制器的硬件設(shè)計(jì) 14 14 14 15 限位裝置 16 174 太陽(yáng)跟蹤控制器軟件部分設(shè)計(jì) 18 18 19 20 20 21 22 PC機(jī)與單片機(jī)通信模塊 23 API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口操作 23 PC機(jī)與單片機(jī)通信協(xié)議 23 24 26 VC與MATLAB聯(lián)合編程模塊 29 單片機(jī)通信及控制部分 29結(jié) 論 31參考文獻(xiàn) 33致 謝 351 緒論 課題研究的背景及意義能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。幾十年來(lái)，能源問(wèn)題一直是舉世矚目的重大問(wèn)題之一。目前世界消耗的主要能源是由吸收太陽(yáng)能的植物經(jīng)億萬(wàn)年的演化積累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然氣等，這些都屬于不可再生資源。地球上的資源是有限的，但卻以不斷增長(zhǎng)的速度在消耗。能源短缺，礦物燃料減少和污染增加，彼此互相關(guān)聯(lián)，威脅著人類的正常生活和持續(xù)發(fā)展。常規(guī)能源逐漸枯竭，形勢(shì)危機(jī)不容低估，所以尋找和開(kāi)發(fā)新能源是一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。在眾多可再生清潔能源中，太陽(yáng)能是較理想的替代能源。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是161023KW，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約18921013千億噸，是目前世界主要探明能源儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能資源將是人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的有效途徑之一。其次，太陽(yáng)能不像其它的能源那樣具有分布的偏集性，它處處都可就地利用，有利于緩解能源供需矛盾，緩解運(yùn)輸壓力，對(duì)解決偏僻邊遠(yuǎn)地區(qū)及交通不便的農(nóng)村，海島的能源供應(yīng)，更有其明顯的優(yōu)越性。并且太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染。這在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天顯得尤為重要。隨著太陽(yáng)能利用技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能利用的成本已經(jīng)大大下降。利用太陽(yáng)能發(fā)電，既不會(huì)污染環(huán)境，又取之不盡，無(wú)處不在。因此從長(zhǎng)期來(lái)看，其發(fā)電成本要小的多，專家們的預(yù)測(cè)和研究一致認(rèn)為21世紀(jì)人類最清潔，最廉價(jià)的能源就是太陽(yáng)能。因此太陽(yáng)能資源是可替代能源中最引人注目、開(kāi)發(fā)研究最多、應(yīng)用最廣的清潔能源。但是，太陽(yáng)能也不可避免地存在一些缺點(diǎn)，致使它未能迅速的大面積推廣應(yīng)用。強(qiáng)度弱。雖然到達(dá)地球大氣上界和到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量都十分巨大，但它的強(qiáng)度卻是相當(dāng)弱的。不穩(wěn)定性。同一個(gè)地點(diǎn)在同一天內(nèi)，日出和日落時(shí)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如正午前后。而在同一個(gè)地點(diǎn)的不同季節(jié)里，冬季的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度顯然又遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上夏季。一個(gè)原因是，由于太陽(yáng)的高度角不同，因此對(duì)同一個(gè)水平面的入射角自然