【正文】 當(dāng)出現(xiàn)陰天或多云情況下 ,系統(tǒng)調(diào)用時(shí)鐘算法 ,使得裝置連續(xù)跟蹤。 Crect lRect。這種方法有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是位圖必須先存在并且程序運(yùn)行時(shí)此 位圖禁止改變。系統(tǒng)校準(zhǔn)流程如圖 45 所示。 Windows 系統(tǒng)充當(dāng)了應(yīng)用程序與硬件之間的中介。 Command[1]=(unsigned char)0x55。//參數(shù)聲明 fA_Step=fCurrentSunAzimuth/double(AzimuthRatio)。 主函數(shù)模塊 主函數(shù)模塊的主要功能是提供程序入口、前期環(huán)境設(shè)置、設(shè)計(jì)控制策略、調(diào)用主要執(zhí)行函數(shù)和程序運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理等。它的步距角小了一半。 太陽(yáng)光斑質(zhì)心在第 IV 象限 程序執(zhí)行結(jié)果如下： （ a）原始圖像 (b)二值化圖像 （ c）原始圖像加質(zhì)心標(biāo)記 圖 211 太陽(yáng)光斑質(zhì)心在第 IV 象限 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 211 為太陽(yáng)光斑在第 IV 象限，光斑圖像坐標(biāo) (281， 155)，光斑個(gè)數(shù)為 1，對(duì)應(yīng) FYP 校正步數(shù)為 15， FWP 校正步數(shù)為 121。如圖 24 所示一個(gè)區(qū)域求取質(zhì)心示意圖，綠色的方框代表某一待求區(qū)域，白色正方形代表該區(qū)域內(nèi)的一個(gè)像素，紅色原點(diǎn)代表該區(qū)域的質(zhì)心。設(shè) , 表示數(shù)字圖像各點(diǎn)的灰度值，濾波窗口為 A 的二維中值濾波可定義為： = Med=Med (24) 圖像分割處理 圖像分割技術(shù)是把圖像分成各具特性的區(qū)域并提取出感興趣目標(biāo)的技術(shù)和過(guò)程，它是由 圖像處理躍入圖像分析的關(guān)鍵步驟。它很薄，光華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)異，目前可以買(mǎi)到的巴德膜有兩種密度，分別為 (目視 )和 (拍照 )。 P c 機(jī)（ V C 與 M a t l a b 混 合 編程 ）單 片 機(jī)步 進(jìn) 電 機(jī)驅(qū) 動(dòng) 電 路平 面 鏡 跟 蹤 裝 置（ 轉(zhuǎn) 動(dòng) 平 臺(tái) ）C M O S 圖 像 傳 感 器限 位 裝 置 圖 21 系統(tǒng)的總體框圖 太陽(yáng)跟蹤控制器工作過(guò)程為：上位機(jī)根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度和當(dāng)前時(shí)間，調(diào)用 Sun Position函數(shù)， 獲取太陽(yáng)的高度角與方位角，并 轉(zhuǎn) 化為俯仰和水平電機(jī)的運(yùn)行步數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，通過(guò) RS485 總線(xiàn)與單片機(jī)通信，驅(qū)動(dòng)水平、俯仰兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)的跟蹤。 20xx 年日本大成建設(shè)公司開(kāi)發(fā)出了一種叫 “TSoleil”的新產(chǎn)品， TSoleil 系統(tǒng)設(shè)置在高樓內(nèi)部和屋頂，由太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤型平面鏡和多塊反光鏡組成 。 太陽(yáng)能作為一種清潔無(wú)污染的能源，發(fā)展前景非常廣闊，太陽(yáng)能發(fā)電已成為未來(lái)全球解決能源危機(jī)的最具獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的重要途徑。 光化學(xué)轉(zhuǎn)換。到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射能，隨晝夜交替的變化。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。 關(guān)鍵詞 : 太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤 。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。地球上的資源是有限的，但卻以不斷增長(zhǎng)的速度在消耗。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。 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 光電轉(zhuǎn)換。以南。 國(guó)外對(duì)太陽(yáng)跟蹤的研究歷來(lái)比較重視， 1994 年捷 克科學(xué)院物理研究所則以形狀記憶合華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 金調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過(guò)日照溫度的變化實(shí)現(xiàn)了單軸被動(dòng)式太陽(yáng)跟蹤?；诒菊n題的研究?jī)?nèi)容和主要工作，本 文的結(jié)構(gòu)如下： 第一章主要介紹了選題背景、目的和意義，以及國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)跟蹤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展。本課題采用羅技公司的 QuickCam系列網(wǎng)絡(luò)攝像頭 ,具有功耗小、成本低、單一電源驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)集成等特點(diǎn)。進(jìn)行中值濾波可以有效消除這些噪聲，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了圖像的平滑。一般圖象處理系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)定位、跟蹤時(shí)，確定目標(biāo)位置的方法可分為兩類(lèi)，即波門(mén)跟蹤和相 關(guān)跟蹤算法。程序中為減小變量處理個(gè)數(shù)，所有 FYM 和 FWM 均用 FYP 和 FWP 的相反數(shù)表示。其基本原理是：在電機(jī)繞組回路中，串聯(lián)一個(gè)電流檢測(cè)回路，當(dāng)繞組電流降低到某一下限值時(shí)，電流檢測(cè)回路發(fā)出信號(hào)，控制高壓開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，讓高壓再次作用在繞組上，使繞組電流重新上升；當(dāng)電流回升到上限值時(shí)，高壓電源又自動(dòng)斷開(kāi)。 MAX485 接口芯片是 Maxim 公司的一種 RS485 芯片，內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，采用半雙工通訊方式，它完成將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS－ 485 電平的功能。通過(guò)分析太陽(yáng)運(yùn)行的天文規(guī)律所推導(dǎo)出太陽(yáng)位置的計(jì)算公式，參考中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的相關(guān)資料編寫(xiě)該函數(shù)。 //計(jì)算俯仰電機(jī)運(yùn)行步數(shù) modf(fH_Step,amp。 Command[6]=(unsigned char)((uH_Stepamp。 四方向手動(dòng)調(diào)整按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)偏差或進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)采用四方向手動(dòng)調(diào)整按鈕，俯仰按鈕對(duì)應(yīng)調(diào)整（ 18/52）、方位按鈕對(duì)應(yīng)調(diào)整（ 18/100）。 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 Command[5]=(unsigned char)0。(hbitmap)。 Matlab 是一個(gè)集科學(xué)計(jì)算、圖像處理、聲音處理于一體的高度集成系統(tǒng)，利用豐富的函數(shù)資源，以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的工具箱使編程極為簡(jiǎn)單，可大幅縮短應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)周期，提高編程效率。 根據(jù)跟蹤系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)完成軟件部分設(shè)計(jì)，主要工作包括：采用 VC 編寫(xiě)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。poldBitmap)。//定義類(lèi) pStaic=(CStatic*)GetDlgItem(IDC_IMAGE)。 switch(CommandID) { case +”對(duì)應(yīng)的 CommandID Command[3]=(unsigned char)10。系統(tǒng)在初次安裝或更換位置時(shí)需要運(yùn)行太陽(yáng)位置按鈕和校準(zhǔn)按鈕實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)。 Command[5]=(unsigned char)(uH_Stepamp。fInteger)。 圖 42 “設(shè)置 ”按鈕對(duì)話(huà)框 太陽(yáng)角度計(jì)算及數(shù)據(jù)處理模塊 太陽(yáng)角度計(jì)算模塊 太陽(yáng)角度計(jì)算模塊主要由 Sun Position 函數(shù)完成。采用限位開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，限位開(kāi)關(guān)是 一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器 ,它的作用原理與按鈕類(lèi)似，其電路圖如圖 35 所示。 圖 33 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 以?xún)上嗖竭M(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖信號(hào)和一個(gè)正方向信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過(guò)環(huán)形分配器和功率放大后，給電機(jī)繞組通電的順序?yàn)?A， B, A， B 其四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；若方向信號(hào)變?yōu)樨?fù)時(shí)，通電時(shí)序就變?yōu)?A， B， A， B,電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。其中 FYP、 FYM 、 FWP、 FWM華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 分別對(duì)應(yīng)上位機(jī)控制平臺(tái)中 “俯仰 +”、 “俯仰 ”、 “方位 +”、 “方位 ”運(yùn)行步數(shù)。= (28) (4)計(jì)算類(lèi)內(nèi)方差、類(lèi)間方差、總體方差 =+, , =+ (29) 計(jì)算新閾值 = 和 ， k=k+1, 回到 (29)迭代計(jì)算，直到 時(shí)迭代結(jié)束，此時(shí)的閾值即為最優(yōu)解。通常數(shù)字圖像的處理是先將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，然后再對(duì)灰度圖像進(jìn)行處理。目前 CMOS 型不僅價(jià)格低廉 ,而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出 ,軟件可編程控制 ,大大降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度 ,提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性、抗干擾性和穩(wěn)定性。 本課題的主要內(nèi)容及章節(jié)安排 本文完成了基于 CMOS 圖像傳感器的太陽(yáng)跟蹤控制器的設(shè)計(jì)，利用 CMOS 圖像傳感器采集太陽(yáng)圖像，經(jīng)過(guò)數(shù)字圖像處理后獲取跟蹤偏差。本課題為提高利用太陽(yáng)能效率而進(jìn)行太陽(yáng)跟蹤控制器的研究，對(duì)我們面臨的日益嚴(yán)峻的能源問(wèn)題、對(duì)大范圍推廣太陽(yáng)能應(yīng)用具有重大而深遠(yuǎn)的意義。近來(lái)在這方面的研究有所增加，人們期盼出現(xiàn)突破性的進(jìn)展。較高一些的也只有幾百攝氏度。 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。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。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。步進(jìn)電機(jī) 。這在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天顯得尤為重要。為克服夜間沒(méi)有太陽(yáng)直接輻射，就需要研制和配備儲(chǔ)能設(shè)備，以便在晴天時(shí)把太陽(yáng)能收集并存儲(chǔ)起來(lái)，供夜晚或陰雨天便用。這也是利用太陽(yáng)能的一個(gè)途徑。解決這一問(wèn)題應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是提高太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換率，二是提高設(shè)備的能量接收效率，前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決。 就現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)太陽(yáng)跟蹤控制器的研究情況來(lái)看，由于受太陽(yáng)能應(yīng)用系統(tǒng)成本的影響，普遍采用半自動(dòng)單軸跟蹤方式。而限位裝置可保證電機(jī)運(yùn)行時(shí)，停在正確的位置，防止電機(jī)過(guò)位運(yùn)轉(zhuǎn)。圖 22 和圖 23 分別為攝像頭加單層濾波片和雙層濾波片所拍攝的太陽(yáng)位置圖片?；谶@種面向最終分析目的的思想，可選擇相對(duì)形狀測(cè)度、相對(duì)均勻測(cè)度和錯(cuò)分概率作為評(píng)估算法優(yōu)劣的準(zhǔn)則。 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 24 區(qū)域質(zhì)心求取示意圖 （ a）圓形質(zhì)心 （ b）橢圓質(zhì)心 （ c）正方形質(zhì)心 （ d）三角形質(zhì)心 （ e）不規(guī)則形狀質(zhì)心（區(qū)域內(nèi)） （ f）不規(guī)則形狀質(zhì)心（區(qū)域外） 圖 25 幾種不同形狀的圖形質(zhì)心檢測(cè)結(jié)果 根據(jù)標(biāo)注矩陣可以方便的給出二值圖像中亮斑區(qū)域的個(gè)數(shù)，在進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，亮華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 斑個(gè)數(shù)將會(huì)作為是否存在干擾的判斷依據(jù)。圖 31 所示為太陽(yáng)跟蹤控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖。細(xì)分后步進(jìn)電機(jī)步距角按下列方法計(jì)算：步距角 =電機(jī)固有步距角 /細(xì)分?jǐn)?shù)例如：一臺(tái) 176。同時(shí)，在視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤完畢后，調(diào)用MATLAB 編譯生成的 DLL 文件，控制攝像頭采集太陽(yáng)圖片，根 據(jù)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 FYP 和 FWP 校正步數(shù)，再次送給單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反饋校正跟蹤系統(tǒng)。 //AzimuthRatio=(),HeightRatio=() //fCurrentSunAzimuth 為當(dāng)前太陽(yáng)方位角角度 //fCurrentSunHeight 為當(dāng)前太陽(yáng)高度角角度 fA_Step=nAzimuth0。(unsigned char)0x1f。串口和其他通信設(shè)備都是作為文件進(jìn)行處理的。//調(diào)用 SendAdjCommand(CommandID)函數(shù) nAzimuthCal=10。程序首先判斷定時(shí)器設(shè)置時(shí)間（即動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間間隔）是否結(jié)束，在定時(shí)器響應(yīng)函數(shù)中執(zhí)行動(dòng)態(tài)顯示太陽(yáng)圖像的程序。lRect)。控制器采用低速處理器實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)光斑的采集及定位 ,可應(yīng)用于各種太陽(yáng)能設(shè)備 ,提高太陽(yáng)能的利用率。先對(duì)串行口進(jìn)行初始化，進(jìn)而步進(jìn)電機(jī)相位初始化，然后將控制字及步進(jìn)電機(jī)步數(shù)送到單片機(jī)執(zhí)行。 (GetDC())。在控件中顯示位圖分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。此時(shí) “校準(zhǔn) ”過(guò)程結(jié)束。 利用 Windows API 函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口操作 Windows 串口通信的工作機(jī)理 Windows 是一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的并與設(shè)備無(wú)關(guān)的多用戶(hù)操作系統(tǒng)。 } 拼裝控制包送單片機(jī)驅(qū)動(dòng)部分代碼如下： void CTimertestDlg::AssembleData() { char Command[7]。最后拼裝控制包送單片機(jī)驅(qū)動(dòng)。 圖 36 MAX485 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 37 串口通訊電路接口圖 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 4 太陽(yáng)跟蹤控制器軟件部分設(shè)計(jì) 根據(jù)太陽(yáng)跟蹤控制器實(shí)現(xiàn)的功能要求，本章主要介紹以下幾個(gè)模塊：主函數(shù)模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、太陽(yáng)角度計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖像處理模塊、聯(lián)合編程模塊、通信模塊、其他功能模塊。仍以二相步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)、 B 相繞組同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將停在、 B 相磁極中間。 太陽(yáng)光斑質(zhì)心在第 II 象限 程序執(zhí)行結(jié)果如下： 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （ a）原始圖像 (b)二值化圖像 （ c）原始圖像加質(zhì)心標(biāo)記 圖 29 太陽(yáng)光斑質(zhì)心在第 II 象限 圖 29 為太陽(yáng)光斑在第 II 象限，光斑圖像坐標(biāo) (237， 61)，光斑個(gè) 數(shù)為 1，對(duì)應(yīng) FYP 校正步數(shù)為 25， FWP 校正步數(shù)為 77。regionprops 函數(shù)是用來(lái)度量圖像區(qū)域?qū)傩缘暮瘮?shù)。在一維情形下，中值濾波器是一個(gè)含有奇數(shù)個(gè)像素的滑動(dòng)窗口，窗口正中 間那個(gè)像素的值用窗口內(nèi)各像素值的中值代替。但從節(jié)約成本考慮，本課題采用的是更加新型的濾光方式，選用來(lái)自德國(guó)的發(fā)明專(zhuān)利 ——巴德太陽(yáng)觀察保護(hù)膜 AstroSolar TM。 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 2 太陽(yáng)跟蹤