【正文】 論文的主要研究工作和取得的成果總結如下： 詳細研究當前國內(nèi)外太陽能利用 現(xiàn)狀和幾種太陽自動跟蹤方式，在分析比較常用的跟蹤方式后，設計一種基于 COMS 圖像傳感器的太陽自動跟蹤控制器 ,該裝置實現(xiàn)了太陽自動跟蹤的目的 ,具有較高的跟蹤精度 上位機通過 MCC 實現(xiàn) VC++與 Matlab 聯(lián)合編程 ,實時控制圖像傳感器獲取太陽光斑圖像?？刂破鬈浖O計采用模塊化設計的方法，主要分為如下幾個軟件模塊：主程序模塊、串行口中斷處理模塊、正常跟蹤處理模塊、串行口中斷復位處理模塊等。 pStaicGetDC()StretchBlt(,(),(),amp。bm)。 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 27 開 始時 間 到 ？裝 載 太 陽 圖 像Y顯 示 太 陽 圖 像結 束N 圖 46 太陽圖像動態(tài)顯示流程圖 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 28 開 始定 義 類 的 對 象裝 載 位 圖 資 源調(diào) 用 L o a d I m a g i n e 函 數(shù)獲 取 位 圖 格 式調(diào) 用 G e t B i t m a p 函 數(shù)創(chuàng) 建 內(nèi) 存 D C調(diào) 用 C r e a t C o m p a t i b l e D C 函 數(shù)將 位 圖 導 入 內(nèi) 存 D C調(diào) 用 函 數(shù) S e l e c t O b j e c t 函 數(shù)顯 示 位 圖調(diào) 用 S r e t c h B l t 函 數(shù)結 束 圖 47 VC 顯示位圖流程圖 太陽圖像動態(tài)顯示模塊部分代碼如下： void CTimertestDlg::OnTimer(UINT nIDEvent) { Cbitmap hbmp。 case ”對應的 CommandID … case +”對應的 CommandID … case ”對應的 CommandID … } SendByte(hComm,Command,7)。 Command[1]=(unsigned char)0x55。 跟蹤裝置初次安裝或更換位置時需要進行 “校準 ”設置。 通常以下面的步驟來實現(xiàn)通信控制： (1)設置串口號碼； (2)使用 Create File()函數(shù)打開串口； (3)設置通信協(xié)議； (4)設置傳輸速度等參數(shù)； (5)設置其他參數(shù)； (6)送出字符串或讀入字符串，使用 Read File()及 Write File()函數(shù)； (7)使用完畢后用 Close Handle()函數(shù)將串口關閉； PC 機與單片機通信協(xié)議 本課題的 PC 機與單片機通信共為 7 個字節(jié)，具體格式如下： Struct Package { unsigned char uPackHead1； //包頭 1，固定為 0xAA unsigned char uPackHead2； //包頭 2，固定為 0x55 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 24 unsigned char uMotorStatus； //狀態(tài)字節(jié) unsigned char uAzimuthH； //水平運行步數(shù)低位字節(jié) unsigned char uAzimuthL； //水平運行步數(shù)高位字節(jié)，高位為 1 則電機反轉 unsigned char uHeightH； //俯仰運行步數(shù)低位字節(jié) unsigned char uHeightL； //俯仰運行步數(shù)高位字節(jié)，高位為 1 則電機反轉 } 其中狀態(tài)位各位定義為：當 6 兩位同時為 1 時，系統(tǒng)復位；復位成功返回 AA，錯誤返回 55。針對攝像頭采集太陽圖像的特點，本課題設計的 MATLAB 的 M 文件函數(shù)流程圖如圖 44 所示。0xff)。 uH_Step=GetInteger(amp。fInteger)。函數(shù)流程圖如圖 43。 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 19 開 始讀 取 “ 設 置 ” 對 話 框 中 各 設 置 參數(shù)調(diào) 整 時 間 間 隔 到 ？調(diào) 用 S u n P o s i t i o n 函 數(shù) ， 計 算 太 陽 高 度 角 與方 位 角Y轉 化 為 俯 仰 、 水 平 兩 電 機 運 行 步 數(shù)數(shù) 據(jù) 處 理 ， 此 次 計 算 加 上 次 小 數(shù) 部 分 減 去 已 經(jīng) 運 行 步 數(shù) （ 整 數(shù) 部 分 取出 ， 小 數(shù) 部 分 保 存 ）控 制 字 打 包 后 送 單 片 機 執(zhí) 行延 時 時 間 到 ？（ 等 待 電 機 運 轉 到 位 ）控 制 攝 像 頭 拍 照 ， 由 數(shù) 字 圖 像 處 理 后 后 去 跟 蹤 偏 差偏 差 大 于 設 定 閾 值 ？轉 為 校 正 步 數(shù) 送 單 片 機 執(zhí) 行Y跟 蹤 結 束NNNYYY 圖 41 太陽跟蹤主程序流程圖 參數(shù)設置模塊 上位機控制平臺中的設置選項可進行系統(tǒng)的各參數(shù)設置。同時將 A 和 B 端之間加匹配電阻，一般可選 100Ω 的電阻。/4= 176。 在步進電機步距角不能滿足使用要求時，可采用細分驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機。該芯片采用 15 腳封裝。校正步數(shù) (FYP, FWP)與光斑圖像坐標(X ,Y)之間的關系為： FYP= （ 213） FWP= （ 214） 由式 21 214 可知：光斑處于第三、第四象限時 Y120，可得出 FYP 為負值，實際表示 FYM 運行步數(shù)；光斑處于第一、第三象限時 X160，可得出 FWP 為負值，實際表示 FWM 運行步數(shù)。 圖 26 太陽光斑質(zhì)心檢測結果 獲取步進電機校正步數(shù) 圖 27 太陽圖像中光斑位置及校正步數(shù)示意圖 圖 27 給出了采集太陽圖像中光斑位置與校正步數(shù)示意圖。本課題采用質(zhì)心跟蹤的方法實現(xiàn)對太陽光斑目標的定位。鑒于本課題采集到太陽圖像的特殊性，采用基于最大類間方差法求取圖像 閾值。中值的定義如下：一組數(shù)把 n 個數(shù)的大小順序排列如下： Y=Med= (22) y 稱為序列的中值。 彩色圖像轉灰度圖像。實驗表明加兩層濾波片后 ,所得到的圖像效果較佳。 CMOS 工藝是超大規(guī)模集成電路的主流工藝，集成度高，可以根據(jù)需要將多種功能集成在一塊芯 片上。 第四章介紹了太陽跟蹤控制器的軟件部分設計，主要包括采用 Visual C++ 編寫人機交互控制平臺、跟蹤控制器的主程序設計、太陽高度角與方位角的軟件算法、跟蹤控制器校華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 4 準原理、基于 MCC 實現(xiàn) VC 與 MATLAB 聯(lián)合編程以及單片機部分軟件設計等。全自動跟蹤太陽裝置是根據(jù)地平坐標、雙軸跟蹤原理，采用光、機、電、圖像處理等技術，通過對太陽光強或形狀的檢測，實現(xiàn)對太陽的全自動跟蹤，能做到同步無偏差地跟蹤太陽，大大提 高了太陽能的接收效率。 研制了活動太陽能方位跟蹤裝置，該裝置通過大直徑回轉臺使太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽。太陽能每年有約 350000000 萬億瓦小時照射到地球表面。a，約相當于 104 億噸標準煤。光化學轉換技術目前仍處于研究、開發(fā)階段。由于電能的品位相當高，所以它的應用領域最寬、范圍最廣、工業(yè)化程度最高、發(fā)展最快且前景十分樂觀。它是靠吸收太陽輻射的光能直接轉換為熱能的。而在同一個地點的不同季節(jié)里，冬季的太陽輻射強度顯然又遠遠比不上夏季。利用太陽能發(fā)電，既不會污染環(huán)境，又取之 不盡，無處不在。在眾多可再生清潔能源中，太陽能是較理想的替代能源。 CMOS image sensor。軟件設計主要包括：采用 Visual C++編寫人機交互控制平臺、設計 MATLAB 算法進行圖像處理并獲取跟蹤偏差、基于 MCC 實現(xiàn) VC++與 MATLAB 聯(lián)合編程。 畢 業(yè) 設 計 (論文 ) 題目 基于 CMOS 圖像傳感器的太陽跟蹤 控制器的設計 系 別 動力工程系 專業(yè)班級 測控技術與儀器專業(yè) 08K1 班 學生姓名 Xxx 指導教師 xx 20xx 年 6月 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） I 基于 CMOS 圖像傳感器的太陽跟蹤 控制器的設計 摘 要 為了解決能源危機問題、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、構建綠色環(huán)保社會，世界各國都在積極開發(fā)利用太陽能資源。通過對實測數(shù)據(jù)的分析表明 :在該系統(tǒng)中 ,高度角跟蹤絕對誤差和方位角跟蹤絕對誤差均在要求范圍內(nèi) ,采用圖像傳感器對太陽進行跟蹤后 ,得到了很高的精度 ,且可靠性提高。 stepper motor。太陽每秒鐘放射的能量大約是 161023KW，一年內(nèi)到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共約 18921013 千億噸，是目前世界主要探明能源儲量的一萬倍。因此從長期來看，其發(fā)電成本要小的多，專家們的預測和研究一致認為 21 世紀人類最清潔，最廉價的能源就是太陽能。一 個原因是，由于太陽的高度角不同，因此對同一個水平面的入射角自然不同。這種途徑雖最古老，但發(fā)展的最成熟、普及 性最廣、工業(yè)化程度最高。 太陽光導入。 光生物轉換。我國大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米 4 千瓦時以上，有巨大的開發(fā)潛能。使用直接的太陽能輻射，其效率比燃燒化石燃料要高出約 1015 倍，而且太陽能不會危及支撐生命的地球存在。 20xx 年2 月美國亞利桑那大學推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利 用控制電機完成跟蹤，采用鋁型材框架結構，結構緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應用領域。近年來，中央氣象局、上海交通大學、重慶大學、南京航空航天大學等單位分別對太陽跟蹤的算法進行了研究，并且都取得了一定的成果。 第五章對課題的主要研究成果進行總結，給出下一步工作的展望。 CMOS 圖像傳感器包括圖像陣列邏輯寄存器、存儲器、定時脈沖發(fā)生器和轉換器在內(nèi)的全部系統(tǒng)。傳統(tǒng)的方法是使用中性灰濾光鏡。 通常，用攝像頭獲取的圖像是彩色圖像，它由 R, G ,B3 個單色調(diào)配而成，各種單色都人為地從 0255 分成了 256 個級。把一個點的特定長度或形狀的領域稱作窗口。 最大類間方差法又叫 OTSU 算法，其求解閾值過程如下： (1)首先選擇一個近似值作為圖像 f (x, y)的初始閾值 = (25) 為最小、最大灰度值。在二值圖像中，設某一待求區(qū)域內(nèi)所有像素（非零像素）的坐標記為 : (210) 則該區(qū)域質(zhì)心坐標可表示為： Sum(x)=, Sum(y)= (211) , (212) 在 MATLAB ，提供了 regionprops函數(shù)幫助求取圖形區(qū)域質(zhì)心。圖片格式為 320*240 RGB格式，即水平方向含有 320 個像素點，垂直方向含有 240 個像素點。 圖像處理結果分析 處于不同象限的太陽光斑質(zhì)心檢測及獲取電機校正步數(shù)程序執(zhí)行結果如下： 太陽光斑質(zhì)心在第 I 象限 程序執(zhí)行結果如下： （ a）原始圖像 (b)二值化圖像 （ c）原始圖像加質(zhì)心標記 圖 28 太陽光斑質(zhì)心在第 I 象限 圖 28 為太陽光斑在第 I 象限，光斑圖像坐標 (111， 68)，光斑個數(shù)為 1，對應 FYP 校正步數(shù)為 22， FWP 校正步數(shù)為 49。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準 邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。細分驅(qū)動器的原理是通過改變 A， B 相電流的大小，以改變合成磁場的夾角，從而可將一個步距角細分為多步。當細分等級大于 1/4 后，電機的定位精度并不能提高，只是電機轉動更平穩(wěn)。 MAX485 芯片內(nèi)部結構和電路原理如圖 3 37 所示。主要包括進行地方經(jīng)緯度、華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 20 COMS 口、通信波特率、調(diào)整時間間隔、反饋校正控制等的設置。 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 21 讀 取 輸 入 參 數(shù)