基于STM32的太阳跟踪微控制系统设计
发布时间：2022-01-20 03:57
以STM32F429为主控制器,设计了一种高精度太阳跟踪伺服闭环控制系统,采用将视日运动和光电跟踪相结合的方法来提高控制精度。通过全球定位系统（GPS）模块获取天文算法需要的时间和经纬度信息,可以计算出当前时刻太阳的俯仰角和方位角,但无法消除安装误差。通过摄像头采集太阳图像,计算出质心,寻找到天文零点,消除系统的安装误差。同时将误差值定时存入电可擦可编程只读存储器（EEPROM）,当由于天气等原因无法进行图像跟踪时,采用视日运动与存储误差相结合的方法继续跟踪。实验表明:设计的伺服闭环跟踪系统可以达到小于0. 1%的控制精度,在民防、军工等方面对提高太阳能利用率具有重要意义。
【文章来源】：传感器与微系统. 2019,38(01)CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
AT24C02模块原理3．4电机驱动模块电路设计系统采用2个高精度数字式伺服电机对太阳的俯仰角
2019年第38卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)图10接收端放大电路图112μV时接收端信号的放大情况电路两级放大相结合的方式，使得电路的增益能达到要求，前置放大器的放大倍数应达到80dB。仿真输出电压放大了79．43dB，基本能满足要求。且能通过调节二级放大电路调节电路的增益，能有效解决空气耦合中对电路增益的要求，满足系统接收信号时的阻抗匹配问题，提高了系统的可适应性以及扩展其检测范围。3)滤波电路。中心频率f0=1MHz，带宽BW=0．5MHz可接收频率0．5～1．5MHz的超声波。实现了对回波中噪声信号的削减，达到降噪的效果。由于空气耦合对于超声波换能器的特殊要求，在仿真上不能完全模拟，分步对各个部分电路进行模拟检测，每个部分都能良好的完成工作，取得满意的仿真结果，实现了系统功能。参考文献:［1］董正宏，王元钦，李静．非接触空气耦合式超声检测技术研究及应用［J］．无损检测，2007，31(2):1－6．［2］崔治，彭楚武．空气耦合式超声检测在航空无损检测中的应用［J］．无损检测，2010，32(6):463－466．［3］周正干，魏东．空气耦合式超声波无损检测技术的发展［J］．机械工程学报，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］王伟，吴一全．超声相控阵用于无损检测的一种新方法［J］．传?
进行视日运动轨迹计算，通过数字式伺服电机调节，再由摄像头采集太阳图像信息，经处理后得到视日运动轨迹的差值，根据差值进行细调，同时定时将时间与对应的俯仰角、方位角偏移量存入外部电可擦可编程只读存储器(electricallyerasablepro-grammableread-onlymemory，EEPＲOM)中，并显示图像与当前信息。若因为天气等原因无法采集到图像信息，则由保存的最近日期的相近时间的偏移量代替，达到继续跟踪的目的。当系统判断处在18︰00～6︰00之间时，系统将自动进入休眠态，系统结构框图如图1所示。图1系统结构框图2系统控制算法设计2．1视日运动追踪算法太阳的俯仰角和方位角与观测地的地理位置和时间相关。时间采用协调世界时(coordinateduniversaltime，UTC)，当太阳时角为ω，俯仰角为αs，方位角为γs，观测地纬度为l，太阳赤纬为δ时，太阳的俯仰角与方位角为sinαs=sinlsinδ+coslcosδcosω(1)sinγs=cosδsinω/cosαs(2)再通过反正弦的方法，可以计算出当前太阳的方位角和俯仰角。2．2图像处理算法图像处理的目的是为了寻找质心，通过质心可以更加精确地寻找到太阳位置，提高控制精度，涉及到图像二值化处理、边缘检测与获得质心［6，7］。图像二值化处理采用最大类间方差法，按图像的灰度特性将图像分为背景和目标两部分。假设背景点数占图像比例为w0，平均灰度为u0;前景点数占图像比例为w1，平均灰度为u1，T为前景与背景的分割阈值，图像总平均灰度u为u=w0*u0+w1*u1(3)从最小灰度值到最大灰度值遍历t，当g最大时，t
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32的光电式太阳跟踪系统设计[J]. 刘卿卿,俞强,赵毛毛,王竞雄. 仪表技术与传感器. 2017(01)
[2]基于STM32的双轴太阳跟踪系统设计[J]. 王磊,王淅飞,向阳. 数字通信世界. 2015(12)
[3]双模式太阳跟踪器太阳质心提取算法[J]. 姜春霞,王灿进,陈娟. 中国激光. 2015(02)
[4]基于硅光电池S1087的温室大棚光强控制系统研究[J]. 徐磊,时维铎,王军,李阳. 浙江农业学报. 2014(05)
[5]用于生态环境微传感节点的光电能量转换系统设计[J]. 徐磊,时维铎,王军,邢玉秀,李阳. 传感器与微系统. 2014(07)
[6]一种太阳能传感器网络的自适应休眠调度算法[J]. 李为为,陈宏滨,赵峰. 传感器与微系统. 2013(03)
[7]基于ARM嵌入式图像处理平台的太阳跟踪系统[J]. 陈丽娟,周鑫. 现代电子技术. 2012(04)
[8]一种新型太阳跟踪器的设计[J]. 王志超,韩东,徐贵力,毛建国,沈峘. 传感器与微系统. 2009(02)
本文编号：3598127
【文章来源】：传感器与微系统. 2019,38(01)CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
AT24C02模块原理3．4电机驱动模块电路设计系统采用2个高精度数字式伺服电机对太阳的俯仰角
2019年第38卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)图10接收端放大电路图112μV时接收端信号的放大情况电路两级放大相结合的方式，使得电路的增益能达到要求，前置放大器的放大倍数应达到80dB。仿真输出电压放大了79．43dB，基本能满足要求。且能通过调节二级放大电路调节电路的增益，能有效解决空气耦合中对电路增益的要求，满足系统接收信号时的阻抗匹配问题，提高了系统的可适应性以及扩展其检测范围。3)滤波电路。中心频率f0=1MHz，带宽BW=0．5MHz可接收频率0．5～1．5MHz的超声波。实现了对回波中噪声信号的削减，达到降噪的效果。由于空气耦合对于超声波换能器的特殊要求，在仿真上不能完全模拟，分步对各个部分电路进行模拟检测，每个部分都能良好的完成工作，取得满意的仿真结果，实现了系统功能。参考文献:［1］董正宏，王元钦，李静．非接触空气耦合式超声检测技术研究及应用［J］．无损检测，2007，31(2):1－6．［2］崔治，彭楚武．空气耦合式超声检测在航空无损检测中的应用［J］．无损检测，2010，32(6):463－466．［3］周正干，魏东．空气耦合式超声波无损检测技术的发展［J］．机械工程学报，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］王伟，吴一全．超声相控阵用于无损检测的一种新方法［J］．传?
进行视日运动轨迹计算，通过数字式伺服电机调节，再由摄像头采集太阳图像信息，经处理后得到视日运动轨迹的差值，根据差值进行细调，同时定时将时间与对应的俯仰角、方位角偏移量存入外部电可擦可编程只读存储器(electricallyerasablepro-grammableread-onlymemory，EEPＲOM)中，并显示图像与当前信息。若因为天气等原因无法采集到图像信息，则由保存的最近日期的相近时间的偏移量代替，达到继续跟踪的目的。当系统判断处在18︰00～6︰00之间时，系统将自动进入休眠态，系统结构框图如图1所示。图1系统结构框图2系统控制算法设计2．1视日运动追踪算法太阳的俯仰角和方位角与观测地的地理位置和时间相关。时间采用协调世界时(coordinateduniversaltime，UTC)，当太阳时角为ω，俯仰角为αs，方位角为γs，观测地纬度为l，太阳赤纬为δ时，太阳的俯仰角与方位角为sinαs=sinlsinδ+coslcosδcosω(1)sinγs=cosδsinω/cosαs(2)再通过反正弦的方法，可以计算出当前太阳的方位角和俯仰角。2．2图像处理算法图像处理的目的是为了寻找质心，通过质心可以更加精确地寻找到太阳位置，提高控制精度，涉及到图像二值化处理、边缘检测与获得质心［6，7］。图像二值化处理采用最大类间方差法，按图像的灰度特性将图像分为背景和目标两部分。假设背景点数占图像比例为w0，平均灰度为u0;前景点数占图像比例为w1，平均灰度为u1，T为前景与背景的分割阈值，图像总平均灰度u为u=w0*u0+w1*u1(3)从最小灰度值到最大灰度值遍历t，当g最大时，t
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32的光电式太阳跟踪系统设计[J]. 刘卿卿,俞强,赵毛毛,王竞雄. 仪表技术与传感器. 2017(01)
[2]基于STM32的双轴太阳跟踪系统设计[J]. 王磊,王淅飞,向阳. 数字通信世界. 2015(12)
[3]双模式太阳跟踪器太阳质心提取算法[J]. 姜春霞,王灿进,陈娟. 中国激光. 2015(02)
[4]基于硅光电池S1087的温室大棚光强控制系统研究[J]. 徐磊,时维铎,王军,李阳. 浙江农业学报. 2014(05)
[5]用于生态环境微传感节点的光电能量转换系统设计[J]. 徐磊,时维铎,王军,邢玉秀,李阳. 传感器与微系统. 2014(07)
[6]一种太阳能传感器网络的自适应休眠调度算法[J]. 李为为,陈宏滨,赵峰. 传感器与微系统. 2013(03)
[7]基于ARM嵌入式图像处理平台的太阳跟踪系统[J]. 陈丽娟,周鑫. 现代电子技术. 2012(04)
[8]一种新型太阳跟踪器的设计[J]. 王志超,韩东,徐贵力,毛建国,沈峘. 传感器与微系统. 2009(02)
本文编号：3598127
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