基于COMS圖像傳感器的太陽自動跟蹤控制器設(shè)計與實現(xiàn)
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因此需對光敏電阻的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，而通過增加光敏電阻個數(shù)的方法則會造成裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高。通過分析，采用圖像傳感器代替了光敏電阻檢測太陽位置的變化，可以準(zhǔn)確、快速地獲得太陽位置信息，從而提高了跟蹤精度。同時其結(jié)構(gòu)簡化，成本降低。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
該系統(tǒng)主要由平面鏡跟蹤裝置、控制和驅(qū)動電路、方位限位電路、CMOS圖像傳感器(附巴德膜濾波片)等部分組成。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。跟蹤裝置實物圖如圖2所示，圖像傳感器固定在平面鏡中心。圖像傳感器產(chǎn)品主要分為CCD，CMOS以及CIS傳感器三種。目前CMOS型不僅價格低廉，而且已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字化輸出，軟件可編程控制，大大降低系統(tǒng)設(shè)計的難度，提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性、抗干擾性和穩(wěn)定性。
CMOS圖像傳感器滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。跟蹤控制器采用羅技公司的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、易于實現(xiàn)片上系統(tǒng)集成等特點。其開窗特征可以根據(jù)實際需要設(shè)置有效圖像數(shù)據(jù)窗口的大小，從而避免了對無效數(shù)據(jù)的采集，減小存儲空間。
由于太陽光十分強烈，因此在圖像采集時，需要給攝像頭加上巴德膜濾波片。實驗表明加兩層濾波片后，所得到的圖像效果較佳。
系統(tǒng)工作過程為：啟動時，上位機VC++調(diào)用視日運動規(guī)律中的sun函數(shù)，獲取太陽的高度角與方位角，并轉(zhuǎn)化為俯仰和水平步進電機的運行步數(shù)，通過RS 485總線與單片機通信，驅(qū)動跟蹤裝置運轉(zhuǎn)，確保太陽光斑裝入CMOS圖像傳感器視角內(nèi)。
通過MCC實現(xiàn)VC++與Matlab聯(lián)合編程，實時控制圖像傳感器采集太陽光斑圖像。VC++程序設(shè)置為每隔5 min自動調(diào)用傳感器拍一次照，傳回的圖像經(jīng)Matlab處理，計算出太陽光斑質(zhì)心坐標(biāo)與圖像中心坐標(biāo)的偏差，轉(zhuǎn)化為水平和俯仰電機需調(diào)整的步數(shù)，返回給VC++，再次送給單片機，驅(qū)動步進電機動作，進而細微調(diào)整平面鏡跟蹤裝置，使太陽光斑始終在圖像中心位置。
當(dāng)厚云層擋住太陽時，或者由于其他原因太陽光斑無法出現(xiàn)在傳感器視角內(nèi)，則VC++調(diào)用時鐘跟蹤算法，繼續(xù)跟蹤，直到云層過去后，再重新使用圖像傳感器跟蹤。
2 圖像傳感器實時跟蹤太陽的設(shè)計
2．1跟蹤控制器的首次定位
啟動時，上位機中VC++程序首先調(diào)用視日運動規(guī)律中的sun函數(shù)(此后跟蹤過程中無需再調(diào)用)，返回此時的太陽高度角和方位角，換算成俯仰和方位步進電機所需的步數(shù)，數(shù)據(jù)送給單片機，驅(qū)動跟蹤裝置運轉(zhuǎn)，確保太陽光斑裝入圖像傳感器視角內(nèi)。子程序得到所需要運行的步數(shù)，列出部分代碼：
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