以STM32F429為主控制器,設(shè)計了一種高精度太陽跟蹤伺服閉環(huán)控制系統(tǒng),采用將視日運動和光電跟蹤相結(jié)合的方法來提高控制精度。通過全球定位系統(tǒng)（GPS）模塊獲取天文算法需要的時間和經(jīng)緯度信息,可以計算出當前時刻太陽的俯仰角和方位角,但無法消除安裝誤差。通過攝像頭采集太陽圖像,計算出質(zhì)心,尋找到天文零點,消除系統(tǒng)的安裝誤差。同時將誤差值定時存入電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）,當由于天氣等原因無法進行圖像跟蹤時,采用視日運動與存儲誤差相結(jié)合的方法繼續(xù)跟蹤。實驗表明:設(shè)計的伺服閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)可以達到小于0. 1%的控制精度,在民防、軍工等方面對提高太陽能利用率具有重要意義。 

【文章來源】：傳感器與微系統(tǒng). 2019,38(01)CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

AT24C02模塊原理3．4電機驅(qū)動模塊電路設(shè)計系統(tǒng)采用2個高精度數(shù)字式伺服電機對太陽的俯仰角

2019年第38卷第1期傳感器與微系統(tǒng)(TransducerandMicrosystemTechnologies)圖10接收端放大電路圖112μV時接收端信號的放大情況電路兩級放大相結(jié)合的方式，使得電路的增益能達到要求，前置放大器的放大倍數(shù)應(yīng)達到80dB。仿真輸出電壓放大了79．43dB，基本能滿足要求。且能通過調(diào)節(jié)二級放大電路調(diào)節(jié)電路的增益，能有效解決空氣耦合中對電路增益的要求，滿足系統(tǒng)接收信號時的阻抗匹配問題，提高了系統(tǒng)的可適應(yīng)性以及擴展其檢測范圍。3)濾波電路。中心頻率f0=1MHz，帶寬BW=0．5MHz可接收頻率0．5～1．5MHz的超聲波。實現(xiàn)了對回波中噪聲信號的削減，達到降噪的效果。由于空氣耦合對于超聲波換能器的特殊要求，在仿真上不能完全模擬，分步對各個部分電路進行模擬檢測，每個部分都能良好的完成工作，取得滿意的仿真結(jié)果，實現(xiàn)了系統(tǒng)功能。參考文獻:［1］董正宏，王元欽，李靜．非接觸空氣耦合式超聲檢測技術(shù)研究及應(yīng)用［J］．無損檢測，2007，31(2):1－6．［2］崔治，彭楚武．空氣耦合式超聲檢測在航空無損檢測中的應(yīng)用［J］．無損檢測，2010，32(6):463－466．［3］周正干，魏東．空氣耦合式超聲波無損檢測技術(shù)的發(fā)展［J］．機械工程學報，2008，44(6):10－14．［4］TuroA，SalazarJ，ChavezJA，etal．Ultra-lownoisefront-endelectronicsforair-coupledultrasonicnon-destructiveevalua-tion［J］．NDT＆EInternational，2003，36(2):93－100．［5］王偉，吳一全．超聲相控陣用于無損檢測的一種新方法［J］．傳?

進行視日運動軌跡計算，通過數(shù)字式伺服電機調(diào)節(jié)，再由攝像頭采集太陽圖像信息，經(jīng)處理后得到視日運動軌跡的差值，根據(jù)差值進行細調(diào)，同時定時將時間與對應(yīng)的俯仰角、方位角偏移量存入外部電可擦可編程只讀存儲器(electricallyerasablepro-grammableread-onlymemory，EEPＲOM)中，并顯示圖像與當前信息。若因為天氣等原因無法采集到圖像信息，則由保存的最近日期的相近時間的偏移量代替，達到繼續(xù)跟蹤的目的。當系統(tǒng)判斷處在18︰00～6︰00之間時，系統(tǒng)將自動進入休眠態(tài)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2系統(tǒng)控制算法設(shè)計2．1視日運動追蹤算法太陽的俯仰角和方位角與觀測地的地理位置和時間相關(guān)。時間采用協(xié)調(diào)世界時(coordinateduniversaltime，UTC)，當太陽時角為ω，俯仰角為αs，方位角為γs，觀測地緯度為l，太陽赤緯為δ時，太陽的俯仰角與方位角為sinαs=sinlsinδ+coslcosδcosω(1)sinγs=cosδsinω/cosαs(2)再通過反正弦的方法，可以計算出當前太陽的方位角和俯仰角。2．2圖像處理算法圖像處理的目的是為了尋找質(zhì)心，通過質(zhì)心可以更加精確地尋找到太陽位置，提高控制精度，涉及到圖像二值化處理、邊緣檢測與獲得質(zhì)心［6，7］。圖像二值化處理采用最大類間方差法，按圖像的灰度特性將圖像分為背景和目標兩部分。假設(shè)背景點數(shù)占圖像比例為w0，平均灰度為u0;前景點數(shù)占圖像比例為w1，平均灰度為u1，T為前景與背景的分割閾值，圖像總平均灰度u為u=w0*u0+w1*u1(3)從最小灰度值到最大灰度值遍歷t，當g最大時，t

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于STM32的光電式太陽跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[J]. 劉卿卿,俞強,趙毛毛,王競雄.  儀表技術(shù)與傳感器. 2017(01)
[2]基于STM32的雙軸太陽跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王磊,王淅飛,向陽.  數(shù)字通信世界. 2015(12)
[3]雙模式太陽跟蹤器太陽質(zhì)心提取算法[J]. 姜春霞,王燦進,陳娟.  中國激光. 2015(02)
[4]基于硅光電池S1087的溫室大棚光強控制系統(tǒng)研究[J]. 徐磊,時維鐸,王軍,李陽.  浙江農(nóng)業(yè)學報. 2014(05)
[5]用于生態(tài)環(huán)境微傳感節(jié)點的光電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計[J]. 徐磊,時維鐸,王軍,邢玉秀,李陽.  傳感器與微系統(tǒng). 2014(07)
[6]一種太陽能傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)休眠調(diào)度算法[J]. 李為為,陳宏濱,趙峰.  傳感器與微系統(tǒng). 2013(03)
[7]基于ARM嵌入式圖像處理平臺的太陽跟蹤系統(tǒng)[J]. 陳麗娟,周鑫.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2012(04)
[8]一種新型太陽跟蹤器的設(shè)計[J]. 王志超,韓東,徐貴力,毛建國,沈峘.  傳感器與微系統(tǒng). 2009(02)



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