【摘要】：能源的持續(xù)消耗給各個(gè)地區(qū)的社會(huì)發(fā)展都帶來了一定的問題,因此研究可再生能源是未來的趨勢(shì)。太陽能是眾多綠色能源的一種,但其利用率不高,有時(shí)無法達(dá)到使用需求,因此本文研究了一款太陽光定向照射系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠把外部低亮度、不同方向的太陽光匯聚并定向地照射在指定區(qū)域,以達(dá)到高效率利用太陽光以及定向照射的目的。本文首先通過太陽光照射的要求,選擇聚調(diào)光結(jié)構(gòu)和導(dǎo)光結(jié)構(gòu);在此基礎(chǔ)上為了使得上述結(jié)構(gòu)完成跟蹤太陽和定向照射的任務(wù),設(shè)計(jì)太陽光信息采集裝置并確定跟蹤控制方案:采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤與圖像傳感器跟蹤的混合方式。接著通過跟蹤控制方案搭建跟蹤系統(tǒng)硬件平臺(tái):以STM32F407作為信息處理的芯片、OV7670和LCD作為太陽采集和顯示部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊作為相應(yīng)結(jié)構(gòu)的控制負(fù)載。在軟件程序方面,本課題在研究視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤算法的基礎(chǔ)上,通過對(duì)太陽光斑圖像進(jìn)行一系列圖像處理仿真(灰度化處理、濾波處理、二值化處理),得出兩種質(zhì)心計(jì)算方法(質(zhì)心法和帶閾值質(zhì)心法),并由此得到電機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)。最后根據(jù)以上分析編寫相應(yīng)的跟蹤程序。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本系統(tǒng)可以成功地在硬件平臺(tái)上對(duì)太陽光斑進(jìn)行圖像處理和質(zhì)心坐標(biāo)的獲取(質(zhì)心法和帶閾值質(zhì)心法);在使用這兩種方法進(jìn)行定向照射實(shí)驗(yàn)時(shí),均可在不同時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定有效地達(dá)到指定區(qū)域照射的標(biāo)準(zhǔn),它們的跟蹤精度分別0.52(±0.09)°~0.58(±0.09)°和0.52(±0.04)°~0.59(±0.04)°,都達(dá)到了預(yù)期跟蹤精度的目標(biāo)(0.5°左右);通過定向照射區(qū)域光斑的偏移量也可計(jì)算出兩種方法的跟蹤精度都在0°~0.6°之內(nèi)。由以上實(shí)驗(yàn)可知該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;TK51
【圖文】：

（a）光斑圖像 1 （b）光斑圖像 2 （c）光斑圖像 3圖 4.3 需要仿真處理的太陽光斑圖像傳感器拍攝的太陽圖像為存儲(chǔ)空間大的 RGB565 格式的圖像，如果直話，勢(shì)必會(huì)使得計(jì)算復(fù)雜并且處理速度慢，這樣就導(dǎo)致太陽光斑質(zhì)心的跟蹤精度大大下降。到只需要對(duì)太陽光斑進(jìn)行研究，因此去除 RGB 格式圖像中一些不需要步需要處理的，這樣既可以減少圖像的存儲(chǔ)空間，提高了運(yùn)算速度，又圖像的特征。采取灰度變換的方式來完成以上操作�；叶茸儞Q是根據(jù)一定變換關(guān)系逐像中每一個(gè)像素灰度值的方法，它可以將 RGB565 格式的彩色太陽光顏色的灰度圖像�；叶葓D像是把黑和白兩種顏色等分為 256 個(gè)級(jí)別， 表示為白，數(shù)值越接近 0 像素點(diǎn)越黑，相反則像素點(diǎn)越白[60]。灰度變換Grey 0.03 Red 0.59 Green 0.11 Blue式（4.14）中，Red、Green 和 Blue 分別為 RGB565 格式中光斑圖像的

圖像傳感器拍攝的太陽圖像為存儲(chǔ)空間像處理的話，勢(shì)必會(huì)使得計(jì)算復(fù)雜并且處理和后續(xù)的跟蹤精度大大下降�？紤]到只需要對(duì)太陽光斑進(jìn)行研究，因息是第一步需要處理的，這樣既可以減少圖太陽光斑圖像的特征。本文采取灰度變換的方式來完成以上操改變?cè)瓐D像中每一個(gè)像素灰度值的方法，它化為黑白顏色的灰度圖像�；叶葓D像是把黑黑，255 表示為白，數(shù)值越接近 0 像素點(diǎn)Grey 0.03 Red 在公式（4.14）中，Red、Green 和 Bl對(duì)一幅太陽光斑圖像里的每個(gè)像素點(diǎn)的 RG度圖像。圖 4.4 為灰度化仿真處理前后的太

（a）處理以及顯示結(jié)果 1 （b）處理以及顯示結(jié)果 2圖 5.1 硬件平臺(tái)圖像處理顯示效果硬件平臺(tái)對(duì)相同時(shí)間段內(nèi)的二值化太陽圖像進(jìn)行質(zhì)心法和帶過串口顯示在 PC 機(jī)上，以觀察兩種方法得出的坐標(biāo)值。素點(diǎn)的坐標(biāo)是否為中心點(diǎn)作為驅(qū)動(dòng)條件，只要在相同的時(shí)間段為整數(shù)并且相等，這兩種算法所得到的電機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)也就完全心誤差為< 1 個(gè)像素點(diǎn)。a）和圖 5.2（b）可以看出，在相同的時(shí)間段，質(zhì)心法和帶閾進(jìn)行計(jì)算處理，得到的坐標(biāo)值為整數(shù)且相等，由此驗(yàn)證兩種方< 1 個(gè)像素點(diǎn)）。 STM32 硬件平臺(tái)成功地對(duì)太陽光斑進(jìn)行采集、灰度化、中值相同的時(shí)間段內(nèi)對(duì)質(zhì)心法（帶閾值質(zhì)心法）進(jìn)行相應(yīng)處理，獲圖像和符合誤差要求的質(zhì)心坐標(biāo)參數(shù)。由此可知，本次實(shí)驗(yàn)達(dá)

【參考文獻(xiàn)】

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1 寧鐸;趙東旭;姚娜;張琪;;PV-LED及太陽光直接加強(qiáng)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2015年30期

2 鄭曉斌;張瓊;;太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)效率提升的研究[J];機(jī)電技術(shù);2014年06期

3 何海明;齊冬蓮;張國(guó)月;張建良;;快速高效去除圖像椒鹽噪聲的均值濾波算法[J];激光與紅外;2014年04期

4 姚君霞;寧鐸;;公路隧道太陽光直接增強(qiáng)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];應(yīng)用光學(xué);2014年02期

5 董大波;王湘云;趙柏秦;吳南健;;基于單片機(jī)的低成本CMOS圖像采集系統(tǒng)[J];儀表技術(shù)與傳感器;2014年02期

6 劉淑平;王子明;;光伏跟蹤系統(tǒng)中太陽光斑質(zhì)心定位的算法研究[J];太陽能;2013年19期

7 許義泉;王燕昌;王子文;慕松;;赤道坐標(biāo)系下新型太陽能自動(dòng)跟蹤裝置設(shè)計(jì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2013年09期

8 趙倩;潘虎;;基于FPGA的圖像維納濾波算法設(shè)計(jì)[J];上海電力學(xué)院學(xué)報(bào);2013年01期

9 張磊;王安國(guó);李輝;石一鳴;;基于天頂觀測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)精確標(biāo)定方法[J];應(yīng)用光學(xué);2012年05期

10 陳思;;基于Otsu算法的車牌圖像二值化及其Matlab實(shí)現(xiàn)[J];長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào);2012年03期

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1 朱艷偉;光伏發(fā)電系統(tǒng)效率提高理論方法及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華北電力大學(xué);2012年

2 李偉;無縫棱鏡導(dǎo)光管照明系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2004年

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2 劉松;光伏發(fā)電雙軸巡日跟蹤系統(tǒng)的研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2016年

3 彭春明;基于嵌入式的光伏發(fā)電自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];南京理工大學(xué);2012年

4 李梅;基于Otsu算法的圖像分割研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2011年

5 尤金正;基于圖像傳感器的閉環(huán)式太陽跟蹤控制器的研究與實(shí)現(xiàn)[D];蘇州大學(xué);2010年

6 曾筱;人居室內(nèi)空間中自然光的利用與控制[D];西南交通大學(xué);2008年

7 金晶晶;太陽光線自動(dòng)跟蹤裝置[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2782448