太阳光定向照射系统的研究与实现

发布时间：2020-08-06 13:10

【摘要】：能源的持续消耗给各个地区的社会发展都带来了一定的问题,因此研究可再生能源是未来的趋势。太阳能是众多绿色能源的一种,但其利用率不高,有时无法达到使用需求,因此本文研究了一款太阳光定向照射系统,该系统能够把外部低亮度、不同方向的太阳光汇聚并定向地照射在指定区域,以达到高效率利用太阳光以及定向照射的目的。本文首先通过太阳光照射的要求,选择聚调光结构和导光结构;在此基础上为了使得上述结构完成跟踪太阳和定向照射的任务,设计太阳光信息采集装置并确定跟踪控制方案:采用视日运动轨迹跟踪与图像传感器跟踪的混合方式。接着通过跟踪控制方案搭建跟踪系统硬件平台:以STM32F407作为信息处理的芯片、OV7670和LCD作为太阳采集和显示部分、电机驱动模块作为相应结构的控制负载。在软件程序方面,本课题在研究视日运动轨迹跟踪算法的基础上,通过对太阳光斑图像进行一系列图像处理仿真(灰度化处理、滤波处理、二值化处理),得出两种质心计算方法(质心法和带阈值质心法),并由此得到电机驱动参数。最后根据以上分析编写相应的跟踪程序。实验结果表明:本系统可以成功地在硬件平台上对太阳光斑进行图像处理和质心坐标的获取(质心法和带阈值质心法);在使用这两种方法进行定向照射实验时,均可在不同时间段内稳定有效地达到指定区域照射的标准,它们的跟踪精度分别0.52(±0.09)°~0.58(±0.09)°和0.52(±0.04)°~0.59(±0.04)°,都达到了预期跟踪精度的目标(0.5°左右);通过定向照射区域光斑的偏移量也可计算出两种方法的跟踪精度都在0°~0.6°之内。由以上实验可知该系统达到了预期的设计目标。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TK51
【图文】：

图像,光斑图像,灰度变换,格式

（a）光斑图像 1 （b）光斑图像 2 （c）光斑图像 3图 4.3 需要仿真处理的太阳光斑图像传感器拍摄的太阳图像为存储空间大的 RGB565 格式的图像，如果直话，势必会使得计算复杂并且处理速度慢，这样就导致太阳光斑质心的跟踪精度大大下降。到只需要对太阳光斑进行研究，因此去除 RGB 格式图像中一些不需要步需要处理的，这样既可以减少图像的存储空间，提高了运算速度，又图像的特征。采取灰度变换的方式来完成以上操作。灰度变换是根据一定变换关系逐像中每一个像素灰度值的方法，它可以将 RGB565 格式的彩色太阳光颜色的灰度图像。灰度图像是把黑和白两种颜色等分为 256 个级别，表示为白，数值越接近 0 像素点越黑，相反则像素点越白[60]。灰度变换Grey 0.03 Red 0.59 Green 0.11 Blue式（4.14）中，Red、Green 和 Blue 分别为 RGB565 格式中光斑图像的

灰度化

图像传感器拍摄的太阳图像为存储空间像处理的话，势必会使得计算复杂并且处理和后续的跟踪精度大大下降。考虑到只需要对太阳光斑进行研究，因息是第一步需要处理的，这样既可以减少图太阳光斑图像的特征。本文采取灰度变换的方式来完成以上操改变原图像中每一个像素灰度值的方法，它化为黑白颜色的灰度图像。灰度图像是把黑黑，255 表示为白，数值越接近 0 像素点Grey 0.03 Red 在公式（4.14）中，Red、Green 和 Bl对一幅太阳光斑图像里的每个像素点的 RG度图像。图 4.4 为灰度化仿真处理前后的太

硬件平台,显示效果,图像处理

（a）处理以及显示结果 1 （b）处理以及显示结果 2图 5.1 硬件平台图像处理显示效果硬件平台对相同时间段内的二值化太阳图像进行质心法和带过串口显示在 PC 机上，以观察两种方法得出的坐标值。素点的坐标是否为中心点作为驱动条件，只要在相同的时间段为整数并且相等，这两种算法所得到的电机驱动参数也就完全心误差为< 1 个像素点。a）和图 5.2（b）可以看出，在相同的时间段，质心法和带阈进行计算处理，得到的坐标值为整数且相等，由此验证两种方< 1 个像素点）。 STM32 硬件平台成功地对太阳光斑进行采集、灰度化、中值相同的时间段内对质心法（带阈值质心法）进行相应处理，获图像和符合误差要求的质心坐标参数。由此可知，本次实验达

【参考文献】