高精度全自動太陽跟蹤控制器制造技術

本發明專利技術涉及一種用于光伏發電的太陽自動跟蹤方法及裝置，其目的是提供一種低成本、高精度的全自動太陽跟蹤控制器。本發明專利技術采用嵌入式微處理系統從光學CCD傳感器、方位/俯仰角度傳感器、風速儀和電子時鐘模塊等設備中采集數據，經過圖像處理和太陽中心坐標提取計算后，控制方位/俯仰驅動電機運動，實現對太陽的自動跟蹤。本發明專利技術采用安裝有濾光片的光學CCD傳感器作為太陽位置的感知設備，對太陽方向的敏感性要遠遠優于其他光敏器件。當穩定跟蹤太陽時，其跟蹤精度能夠優于0.1°。而且，本發明專利技術能夠根據當前時間、天氣狀況等信息自動控制系統的跟蹤狀態，自適應在不同地區對太陽的跟蹤過程，可以方便應用于各種太陽能應用系統中。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及一種用于光伏發電的太陽自動跟蹤方法及裝置，其目的是提供一種低成本、高精度的全自動太陽跟蹤控制器。本專利技術采用嵌入式微處理系統從光學CCD傳感器、方位/俯仰角度傳感器、風速儀和電子時鐘模塊等設備中采集數據，經過圖像處理和太陽中心坐標提取計算后，控制方位/俯仰驅動電機運動，實現對太陽的自動跟蹤。本專利技術采用安裝有濾光片的光學CCD傳感器作為太陽位置的感知設備，對太陽方向的敏感性要遠遠優于其他光敏器件。當穩定跟蹤太陽時，其跟蹤精度能夠優于0.1°。而且，本專利技術能夠根據當前時間、天氣狀況等信息自動控制系統的跟蹤狀態，自適應在不同地區對太陽的跟蹤過程，可以方便應用于各種太陽能應用系統中?！緦＠f明】高精度全自動太陽跟蹤控制器
本專利技術屬于工業控制領域，具體涉及一種太陽自動跟蹤方法及裝置，用于各類太陽能應用系統中對太陽位置的跟蹤定位。
技術介紹
目前，太陽能應用產業日趨成熟，規模不斷擴大，已經成為世界各國鼓勵發展的朝陽產業。太陽能作為一種可再生資源，具有輻照范圍廣，綠色環保，可永久利用等優點，但是它也具有低密度、間歇性、空間分布不斷變化等特點，這與常規能源有很大區別，因此對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。為了最大限度地利用太陽能，要求太陽光入射方向與太陽能感光面盡量垂直，從而獲得最大的效率。傳統無跟蹤的太陽能應用系統固定不動，利用效率遠遠低于有跟蹤的太陽能應用系統，已經無法應用于對利用效率要求較高的生產和生活領域。目前常用的太陽跟蹤系統一般采用光敏電阻等光敏器件來感知太陽光的方向，與單片機和角度傳感器一起對跟蹤系統進行閉環控制。這種跟蹤方式的缺點在于:一般的光敏器件具有較寬的感光角度，且由于陽光的散射，這種方式對太陽光角度偏離不敏感；而且，光敏器件常被灰塵遮蓋，會使其感光能力進一步減弱，這將導致太陽跟蹤系統無法準確跟蹤太陽位置。還有一種太陽跟蹤系統從時鐘模塊中獲取當前時間，然后根據當前時間和本地經緯度等地理參數計算出太陽跟蹤角度，從而實時跟蹤太陽。這種跟蹤方式的缺點在于:需要配備GPS定位系統進行標定，設備安裝調試繁瑣，成本較高；不同地區的經緯度不同，計算太陽跟蹤角度的算法不同，不利于跟蹤系統的規?；\用，而且管理和維護成本較高；無法自動判斷有/無太陽的不同情 況，不利于太陽能應用系統的有效工作。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術的不足，提供一種低成本、高精度的太陽自動跟蹤方法及裝置。為實現本專利技術的目的，本專利技術提供的高精度全自動太陽跟蹤控制器包括光學CCD傳感器(I)，俯仰軸驅動電機(3)，方位軸驅動電機(6)，俯仰角度傳感器(4)，方位角度傳感器(5)，電機驅動模塊(7)，風速儀(8)，嵌入式微處理系統(9)和電子時鐘模塊(10)。其中，光學CXD傳感器⑴安裝有透光率為十萬分之一的太陽巴德膜濾光片，作為太陽位置的感知設備。透光率為十萬分之一的太陽巴德膜濾光片，既能夠有效抑制太陽光強，防止CXD傳感器飽和，又能夠保證光學CXD傳感器得到清晰的太陽圖像。高精度全自動太陽跟蹤控制器的控制原理為:嵌入式微處理系統(9)實時采集光學C⑶傳感器(I)的視頻圖像信號，通過對視頻圖像分析，判斷視場中太陽的位置和有/無。當視場中發現太陽，系統進入“自動跟蹤”狀態，嵌入式微處理系統(9)立刻通過電機驅動模塊(7)控制方位軸(6)/俯仰軸驅動電機(3)運動，使太陽位于視場的中心位置，同時從方位角度(5)/俯仰角度傳感器(4)中獲取當前角度值，并存入系統存儲器中。此時，太陽光入射方向與太陽能應用系統受光面(2)垂直，達到最大限度利用太陽能的目的。當視場中未發現太陽，可能有兩種情況:一種情況是時間太晚，天已經黑了。另一種情況是陰天下雨，云層把太陽擋住了。在天黑的情況下，系統進入“自動停止”狀態，停在前一天最早發現太陽的位置，等待第二天太陽出來。在太陽被云層遮擋的情況下，系統進入“自動等待”狀態，嵌入式微處理系統(9)每隔一段固定時間，從存儲器中獲得前一天的當前時間的方位/俯仰角度值，并通過電機驅動模塊(7)控制方位軸(6)/俯仰軸驅動電機(3)運動到該位置。此時，一旦發現視場中有太陽，立刻自動進入“自動跟蹤”狀態。不管在任何工作狀態下，嵌入式微處理系統(9)都會實時從風速儀(8)中獲取當前風速值。一旦當前風速值超過一定警戒值，系統馬上進入“自動保護”狀態，讓太陽能應用系統受光面(2)處于最佳避風位置，直到風速值低于該警戒值一定時間后，才離開“自動保護”狀態，開始正常工作。嵌入式微處理系統(9)作為整個系統的數據處理單元，采集光學CXD傳感器(I)的視頻圖像、電子時鐘模塊(10)的時間值、方位(5)/俯仰角度傳感器(4)的角度值和風速儀⑶的風速值，通過電機驅動模塊(7)控制方位軸(6)/俯仰軸驅動電機(3)運動，實現對太陽的自動跟蹤。其中，嵌入式微處理系統(9)對視頻圖像的主要處理算法為:1、對視頻圖像進行灰度化處理，得到灰度圖像。2、對灰度圖像進行分析，判斷視場中是否有太陽目標。經過大量觀察，發現如果視場中有太陽目標，需要同時滿足以下三個條件:①灰度圖像中最大灰度值與最小灰度值之差大于50 灰度圖像中最大灰度值大于140 ;③灰度圖像中，灰度值處于最大灰度值附近的像素點數大于25。否則，則判斷視場中沒有太陽目標。3、如果判斷視場中有太陽目標，則計算圖像灰度閾值，對圖像進行閾值分割，得到二值化圖像。經過大量觀察，發現如果視場中有太陽目標，則有:圖像灰度閾值=最大灰度值-20 ；4、對閾值分割后的二值化圖像進行空域濾波，濾掉面積過小的圖形，得到面積最大的圖形。此時得到的圖形就是太陽目標。5、計算太陽目標圖形的中心坐標和視場中心坐標。當太陽目標的中心坐標和視場中心坐標一致，就可以判斷當前穩定跟蹤目標；當太陽目標的中心坐標和視場中心坐標不一致，就可以判斷當前尚未穩定跟蹤目標，并根據兩者之差來調整跟蹤方向，直到兩者一致。相對于普通太陽跟蹤技術，本專利技術具有以下優點:1、本專利技術采用光學CXD傳感器⑴作為太陽位置的感知設備，其安裝有透光率為十萬分之一的太陽巴德膜濾光片，對太陽方向的敏感性要遠遠優于其他光敏器件。當穩定跟蹤太陽時，其跟蹤精度能夠大于0.1°。2、本專利技術采用嵌入式微處理系統作為整個系統的數據處理單元，功耗低、安裝方便,一旦調試完成后,無需人工干預。3、本專利技術采用可靠、高效的視頻圖像處理算法，保證了發現和跟蹤太陽的實時性和有效性。4、本專利技術不用考慮太陽能應用系統所處位置的經緯度坐標，能夠自適應在不同地區對太陽的跟蹤過程。5、本專利技術具有自動記憶功能，能夠自動記憶系統穩定跟蹤太陽情況下的方位/俯仰角度值。當太陽被云層遮擋的情況下，系統能夠根據記憶的角度，提前停在預定位置，等待太陽出現。6、本專利技術綜合考慮了時間、天氣狀況等綜合因素對太陽能應用系統的影響，完全自動調整系統狀態，具有自動等待、自動停止、自動保護等功能。7、本專利技術具有成本低、維護方便、高精度和高穩定性等特點。以下結合附圖和實施方式對本專利技術作進一步的詳細說明?！緦＠綀D】【附圖說明】圖1是本專利技術高精度全自動太陽跟蹤控制器的整體示意圖；以上圖中各附圖標記的含義是:I~安裝有濾光片的光學CCD傳感器；2~太陽能應用系統受光面；3~俯仰軸驅動電機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
高精度全自動太陽跟蹤控制器，包括光學CCD傳感器，俯仰軸驅動電機，方位軸驅動電機，俯仰角度傳感器，方位角度傳感器，電機驅動模塊，風速儀，嵌入式微處理系統和電子時鐘模塊，其利用安裝有透光率為十萬分之一的濾光片的光學CCD傳感器作為太陽位置的感知設備；所述的嵌入式微處理系統實時采集光學CCD傳感器的視頻圖像信號，通過對視頻圖像的分析，判斷視場中太陽的位置和有/無；同時在穩定跟蹤太陽情況下，每隔固定時間自動記憶當前的方位/俯仰角度值，并且每天更新一次角度信息，從而能夠在太陽被遮擋的情況下，根據當前時間以及前一天記憶的角度，驅動方位/俯仰電機運動，讓太陽能受光面提前停在預定位置，等待太陽出現。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：賴中安，李虹，
申請(專利權)人：賴中安，李虹，
類型：發明
國別省市：