一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器及方法，屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種清潔無污染的能源，發(fā)展前景非常廣泛，利用太陽能光伏、光熱發(fā)電已成為全球發(fā)展速度最快的技術(shù)。然而它也存在著缺點，如能量密度低、不易收集、不穩(wěn)定、隨著季節(jié)的氣候和天氣晝夜變化而變化等，因此對太陽能的利用提出了更高的要求。在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，相同條件下，采用自動太陽跟蹤發(fā)電系統(tǒng)要比固定式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量提高35% ;在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，槽式太陽能、塔式太陽能以及蝶式太陽能發(fā)電系統(tǒng)都必須進行太陽精確跟蹤。
[0003]在本發(fā)明之前，國內(nèi)外現(xiàn)有的太陽跟蹤系統(tǒng)，按不同的標準分類，有很多種跟蹤控制方式，但從總體上看，主要包括以下2種:(1)光電跟蹤方式；(2)視日運動軌跡跟蹤方式。
[0004]光電跟蹤系統(tǒng)通常利用光敏傳感器(如硅光電管)來檢測太陽光，安裝時光電管緊靠遮光板，遮光板正對著太陽，硅光電池位于遮光板的陰影處；當太陽光入射角度發(fā)生變化時，遮光板后的陰影也發(fā)生偏移，光電管在太陽直射下產(chǎn)生的微電流也發(fā)生相應(yīng)的變化，其偏差值在放大電路的放大作用下送往伺服電機，使其調(diào)整相應(yīng)的角度，讓裝置對準太陽，從而進行太陽跟蹤。常用的光電跟蹤主要包括重力式、電磁式和電動式三種。光電跟蹤的優(yōu)點是靈敏度高，跟蹤精度較高，制作簡單。但受天氣影響較大，當出現(xiàn)陰天或云層遮住太陽時，太陽輻照度較弱，光敏傳感器難以響應(yīng)太陽光的變化，使得跟蹤裝置不能正常工作，甚至引發(fā)機械執(zhí)行裝置的誤動作。
[0005]視日運動軌跡跟蹤的工作原理是:根據(jù)天文學(xué)公式，計算出不同經(jīng)瑋度、日期和時間對應(yīng)太陽的位置，再計算出跟蹤裝置需要調(diào)整的角度，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，使執(zhí)行機構(gòu)達到要求的位置，進而實現(xiàn)太陽跟蹤。
[0006]視日運動軌跡跟蹤系統(tǒng)是一個開環(huán)的系統(tǒng)，對天文學(xué)計算公式有很高要求。世界通用的太陽運行軌跡算法在不同月份、不同季節(jié)，誤差變化較大，導(dǎo)致系統(tǒng)跟蹤精度發(fā)生季節(jié)性變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提供一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器及方法。
[0008]本發(fā)明提出一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器，其特征在于，包括液晶顯示屏、可編程邏輯控制器、電機驅(qū)動電路、方位角電機、高度角電機、機械跟蹤裝置、圖像采集器、圖像處理器，所述液晶顯示屏與所述可編程邏輯控制器相連接，所述可編程邏輯控制器與所述電機驅(qū)動電路相連接，所述電機驅(qū)動電路分別與所述方位角電機、所述高度角電機相連接后，再與所述機械跟蹤裝置相連接，所述機械跟蹤裝置與所述圖像采集器相連接，所述圖像采集器與所述圖像處理器相連接，所述圖像處理器與所述可編程邏輯控制器相連接。
[0009]優(yōu)選地，機械跟蹤裝置6使用視日運動軌跡進行太陽的初跟蹤，圖像采集器7用來采集太陽光斑的圖像和機械跟蹤裝置6的圖像；圖像處理器8用來根據(jù)圖像采集器7采集的太陽光斑的圖像和機械跟蹤裝置6的圖像產(chǎn)生像素坐標；液晶顯示屏I用來設(shè)置跟蹤時間，實現(xiàn)全天候、全自動的太陽跟蹤。
[0010]優(yōu)選地，機械跟蹤裝置6為聚光器。
[0011]本發(fā)明還提出一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器的方法，其特征在于，具體包括如下步驟:
[0012]SSl啟動液晶顯示屏I進行跟蹤，設(shè)置跟蹤待機時間，進行系統(tǒng)初始化，使用視日運動軌跡進行太陽的初跟蹤；
[0013]SS2初跟蹤完成后啟動圖像跟蹤模式進行精確跟蹤，判定太陽定位是否完成，若完成則啟動圖像采集器7，圖像采集器7采集太陽光斑位置圖像和聚光器6的位置圖像，否則繼續(xù)進行太陽定位；
[0014]SS3判定太陽光斑是否在圖像采集器7的坐標范圍內(nèi)，若在坐標范圍內(nèi)，則將圖像采集器7進行定位，將圖像采集器7采集太陽光斑位置圖像和聚光器6的位置圖像輸入圖像處理器8進行處理，獲取聚光器6、太陽光斑在圖像處理器8中的像素坐標，否則返回步驟SS2 ；
[0015]SS4將步驟SS3中的像素坐標送入到可編程序邏輯控制器2進行求取偏差，產(chǎn)生聚光器6的高度角和方位角需要旋轉(zhuǎn)的角度，并轉(zhuǎn)換成高度角電機5、方位角電機4的位置信號，控制電機的轉(zhuǎn)動距離，若高度角電機5、方位角電機4運轉(zhuǎn)到位置則進行跟蹤待機時間判定，否則高度角電機5、方位角電機4繼續(xù)運轉(zhuǎn)；
[0016]SS5判斷跟蹤待機時間是否到達設(shè)定值，若跟蹤待機時間到達液晶顯示屏I設(shè)定的跟蹤待機時間，則跟蹤結(jié)束，等到次日再進行跟蹤，否則返回步驟SS2繼續(xù)運行。
[0017]本發(fā)明所達到的有益效果:本發(fā)明采用視日運動軌跡與圖像采集相結(jié)合的太陽跟蹤方式，克服了單一視日運動軌跡跟蹤太陽需要計算太陽高度角和方位角的計算誤差，同時采用視日運動軌跡完成太陽的初跟蹤，采用圖像采集完成太陽的精確跟蹤，具有成本低、跟蹤誤差小、性能穩(wěn)定，能夠全天候、全自動的運行的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器的方法的流程圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的圖像采集器采集的坐標示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明的坐標計算算法示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0023]圖1是本發(fā)明的一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明提出一種基于視日運動軌跡和圖像采集的太陽跟蹤控制器，包括液晶顯示屏
1、可編程邏輯控制器2、電機驅(qū)動電路3、方位角電機4、高度角電機5、機械跟蹤裝置6、圖像采集器7、圖像處理器8，液晶顯示屏I與可編程邏輯控制器2相連接，可編程邏輯控制器2與電機驅(qū)動電路3相連接，電機驅(qū)動電路3分別與方位角電機4、高度角電機5相連接后，再與機械跟蹤裝置6相連接，機械跟蹤裝置6與圖像采集器7相連接，圖像采集器7與圖像處理器8相連接，圖像處理器8與可編程邏輯控制器2相連接。
[0024]機械跟蹤裝置6使用視日運動軌跡進行太陽的初跟蹤，圖像采集器7用來采