太阳光线自动跟踪装置

摘要

人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，这些矿物燃料是一次性不可再生资源，储量有限，而且燃烧时产生大量的二氧化碳，造成地球气温升高，生态环境恶化。太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列的太阳能设备，如太阳能热水器、太阳能电池等，对太阳能的利用率不高。太阳每时每刻都是在运动着，不管哪种太阳能设备，如果它的能量转换部分能始终保持与太阳光线垂直，那么它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。太阳能设备的能量转换部分若想保持与太阳光垂直，就必须要跟踪太阳。太阳光线自动跟踪装置为解决这一问题提供了条件。研究表明，太阳能设备对太阳光线运动的跟踪与非跟踪，其能量的利用率相差37.7％。 现有的太阳光线自动跟踪装置中，光电式跟踪装置能通过反馈消除累计误差，但由于选用多个光敏电阻，造成其不能连续检测和跟踪太阳光线的角度变化。本文以光电式跟踪装置为基础，用图像传感器代替光敏电阻，研究一种基于图像传感器的太阳光线自动跟踪装置。根据小孔成像原理设计光学成像机构，将发散的太阳光线通过小孔投影在接收屏上，成为太阳光斑。放置在接收屏下方的图像传感器采集接收屏上的图像信息，并输出数字图像信号。数字图像处理器对该数字图像进行处理，提取光斑的亮度特征，得到光斑在接收屏上的位置坐标以及太阳光线对接收屏的高度角和方位角，在数码管上显示检测结果。当成像机构所在平面与太阳光线不垂直时，数字信号处理器根据上述两个角度通过执行机构调整成像机构的位置。 本文主要完成了太阳光线自动跟踪装置的光学成像机构设计，系统软、硬件设计，电路板的制作和调试，以及执行机构的设计等。本文首先介绍了系统的整体设计思想和要达到的性能指标，然后分章节具体介绍了各个部分设计的技术细节和在系统中要实现的功能。最后为了完善本系统，提出了一些改进意见。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的目的

1.3研究太阳跟踪装置的意义

1.4国内外研究现状及发展趋势

1.5目前存在的问题

1.6本课题研究设想和预期目标

2系统工作原理及总体结构

2.1太阳运动规律和跟踪的对策

2.1.1地平坐标系统

2.1.2极轴坐标系统

2.2实现跟踪控制的方案选择

2.2.1跟踪控制方式的选择

2.2.2跟踪系统坐标系的选择

2.3系统的组成和基本工作原理

2.4小结

3太阳光线成像机构设计

3.1结构设计

3.2尺寸设计

3.3角度调整方法

3.4小结

4太阳光线图像采集电路设计

4.1图像采集电路设计

4.1.1图像传感器的选择

4.1.2硬件电路设计

4.2图像传感器的初始化

4.3小结

5存储空间设计

5.1系统对存储器的要求

5.2存储器的选择

5.3存储空间的分配

5.4小结

6微处理器及辅助电路设计

6.1系统对处理器的要求

6.2处理器的选择

6.3外围辅助电路设计

6.4小结

7显示电路设计

7.1串行外设接口

7.2显示电路设计

7.3小结

8跟踪系统设计

8.1执行机构设计

8.2步进电机的DSP控制

8.3小结

9系统软件设计

9.1 DSP的集成开发环境

9.2系统软件设计

9.2.1 DSP初始化

9.2.2太阳光斑图像采集程序

9.2.3太阳光斑图像预处理程序

9.2.4显示程序

9.2.5跟踪定位程序

9.2.6系统主程序

9.3小结

10结论

参考文献

附录

在学研究成果

致 谢