[發明專利]高精度全自動太陽跟蹤控制器

無效

• 申請號: 201310423155.1
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103472858A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 賴中安;李虹
• 申請（專利權）人: 賴中安;李虹
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于工業控制領域，具體涉及一種太陽自動跟蹤方法及裝置，用于各類太陽能應用系統中對太陽位置的跟蹤定位。

背景技術

目前，太陽能應用產業日趨成熟，規模不斷擴大，已經成為世界各國鼓勵發展的朝陽產業。太陽能作為一種可再生資源，具有輻照范圍廣，綠色環保，可永久利用等優點，但是它也具有低密度、間歇性、空間分布不斷變化等特點，這與常規能源有很大區別，因此對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。

為了最大限度地利用太陽能，要求太陽光入射方向與太陽能感光面盡量垂直，從而獲得最大的效率。傳統無跟蹤的太陽能應用系統固定不動，利用效率遠遠低于有跟蹤的太陽能應用系統，已經無法應用于對利用效率要求較高的生產和生活領域。

目前常用的太陽跟蹤系統一般采用光敏電阻等光敏器件來感知太陽光的方向，與單片機和角度傳感器一起對跟蹤系統進行閉環控制。這種跟蹤方式的缺點在于：一般的光敏器件具有較寬的感光角度，且由于陽光的散射，這種方式對太陽光角度偏離不敏感；而且，光敏器件常被灰塵遮蓋，會使其感光能力進一步減弱，這將導致太陽跟蹤系統無法準確跟蹤太陽位置。

還有一種太陽跟蹤系統從時鐘模塊中獲取當前時間，然后根據當前時間和本地經緯度等地理參數計算出太陽跟蹤角度，從而實時跟蹤太陽。這種跟蹤方式的缺點在于：需要配備GPS定位系統進行標定，設備安裝調試繁瑣，成本較高；不同地區的經緯度不同，計算太陽跟蹤角度的算法不同，不利于跟蹤系統的規模化運用，而且管理和維護成本較高；無法自動判斷有/無太陽的不同情況，不利于太陽能應用系統的有效工作。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種低成本、高精度的太陽自動跟蹤方法及裝置。

為實現本發明的目的，本發明提供的高精度全自動太陽跟蹤控制器包括光學CCD傳感器(1)，俯仰軸驅動電機(3)，方位軸驅動電機(6)，俯仰角度傳感器(4)，方位角度傳感器(5)，電機驅動模塊(7)，風速儀(8)，嵌入式微處理系統(9)和電子時鐘模塊(10)。

其中，光學CCD傳感器(1)安裝有透光率為十萬分之一的太陽巴德膜濾光片，作為太陽位置的感知設備。透光率為十萬分之一的太陽巴德膜濾光片，既能夠有效抑制太陽光強，防止CCD傳感器飽和，又能夠保證光學CCD傳感器得到清晰的太陽圖像。

高精度全自動太陽跟蹤控制器的控制原理為：嵌入式微處理系統(9)實時采集光學CCD傳感器(1)的視頻圖像信號，通過對視頻圖像分析，判斷視場中太陽的位置和有/無。當視場中發現太陽，系統進入“自動跟蹤”狀態，嵌入式微處理系統(9)立刻通過電機驅動模塊(7)控制方位軸(6)/俯仰軸驅動電機(3)運動，使太陽位于視場的中心位置，同時從方位角度(5)/俯仰角度傳感器(4)中獲取當前角度值，并存入系統存儲器中。此時，太陽光入射方向與太陽能應用系統受光面(2)垂直，達到最大限度利用太陽能的目的。

當視場中未發現太陽，可能有兩種情況：一種情況是時間太晚，天已經黑了。另一種情況是陰天下雨，云層把太陽擋住了。在天黑的情況下，系統進入“自動停止”狀態，停在前一天最早發現太陽的位置，等待第二天太陽出來。在太陽被云層遮擋的情況下，系統進入“自動等待”狀態，嵌入式微處理系統(9)每隔一段固定時間，從存儲器中獲得前一天的當前時間的方位/俯仰角度值，并通過電機驅動模塊(7)控制方位軸(6)/俯仰軸驅動電機(3)運動到該位置。此時，一旦發現視場中有太陽，立刻自動進入“自動跟蹤”狀態。

不管在任何工作狀態下，嵌入式微處理系統(9)都會實時從風速儀(8)中獲取當前風速值。一旦當前風速值超過一定警戒值，系統馬上進入“自動保護”狀態，讓太陽能應用系統受光面(2)處于最佳避風位置，直到風速值低于該警戒值一定時間后，才離開“自動保護”狀態，開始正常工作。

嵌入式微處理系統(9)作為整個系統的數據處理單元，采集光學CCD傳感器(1)的視頻圖像、電子時鐘模塊(10)的時間值、方位(5)/俯仰角度傳感器(4)的角度值和風速儀(8)的風速值，通過電機驅動模塊(7)控制方位軸(6)/俯仰軸驅動電機(3)運動，實現對太陽的自動跟蹤。

其中，嵌入式微處理系統(9)對視頻圖像的主要處理算法為：

1、對視頻圖像進行灰度化處理，得到灰度圖像。

2、對灰度圖像進行分析，判斷視場中是否有太陽目標。