基于图像传感器的四足太阳能电池太阳跟踪器的研究

【摘要】：太阳能是一种储量巨大,分布广泛的可再生能源。太阳能的有效利用具有非常重要的现实意义。为了提高太阳能的利用率,人们提出了多种方法。目前使用的大多是单晶硅太阳能电池板,单晶硅太阳能电池板很多采用的是固定式支架,但它不能跟踪太阳的运动,导致太阳板效率不高；还有一些电池板采用单个支柱旋转式支架。这种电池板虽可以跟踪太阳,但稳固性不佳且容易变形的特点使得其太阳板效率变差。 针对上述问题,本文设计了一种基于图像传感器和四足太阳能电池的太阳跟踪器。该太阳跟踪器采用了基于图像传感器的跟踪方法和视日运动轨迹跟踪方法,并且利用了可跟踪太阳的四足太阳能板机构。四足机构可以跟踪太阳方位,相比固定式太阳支架机构提高了太阳板效率；同时四足机构比单个支柱旋转式支架更稳固,不易变形,也提高了太阳板的使用寿命。 论文的主要内容：(1)研究了两种检测跟踪方式：视日运动轨迹跟踪方式和基于图像传感器跟踪方式,并将它们应用于本文提出的太阳跟踪器系统。对于视日运动轨迹跟踪方式,研究了这种方式跟踪的规律,依据跟踪规律设计出了跟踪模型；对于基于图像传感器跟踪方式,研究了这种跟踪方式各个环节所使用的算法,并实现了算法模块的编程,应用到采集的太阳图像中。(2)设计了四足太阳能电池板机构。阐述了四足支架优势,分析并推导出了四足机构跟踪太阳时的运行策略,仿真了四足机构在一天内整点时刻跟踪太阳的运行状况。根据丝杠螺母及涡轮蜗杆传动机构的运动形式,提出四足丝杠长度的调节策略。(3)设计了太阳跟踪控制系统。根据系统的需要和各种器件的特点为系统选择了合适的控制器件并且阐述了主要器件的使用方法和连接方式,完成了整个控制系统从软件到硬件的理论设计。 【关键词】：图像传感器 四足支架 太阳跟踪 丝杠 控制系统
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4;TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.1 能源危机问题10
• 1.1.2 太阳能的特点10-11
• 1.2 课题研究的目的和意义11-12
• 1.3 国内外太阳能跟踪的研究现状和发展12-13
• 1.3.1 国内研究现状12
• 1.3.2 国外研究现状12-13
• 1.4 论文主要的研究内容13-16
• 第2章 太阳方位检测及跟踪技术16-26
• 2.1 太阳方位角度及视日运动轨迹规律16-21
• 2.1.1 太阳方位的相关概念16-18
• 2.1.2 视日运动轨迹规律18-19
• 2.1.3 视日运动轨迹模块实现19-21
• 2.2 太阳跟踪方法21-24
• 2.2.1 几种太阳跟踪方法21-23
• 2.2.2 本文采用的太阳跟踪方法23-24
• 2.3 本章小结24-26
• 第3章 基于图像传感器方位检测技术26-34
• 3.1 太阳光斑质心定位26-31
• 3.1.1 图像滤波及去噪26-27
• 3.1.2 图像分割27-30
• 3.1.3 光斑质心定位30-31
• 3.2 定位太阳方位31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 四足太阳跟踪机构设计34-48
• 4.1 太阳跟踪系统的总体方案34-35
• 4.2 四足支架结构特点和结构优势35-36
• 4.3 四足机构运动规律36-38
• 4.4 四足机构的安放38-39
• 4.5 仿真四足机构的运转39-43
• 4.6 四足丝杆的调节43-46
• 4.6.1 机械传动机构44-45
• 4.6.2 调节丝杆长度45-46
• 4.7 本章小结46-48
• 第5章 太阳跟踪控制系统的设计48-62
• 5.1 跟踪控制系统的硬件构成48
• 5.2 跟踪控制系统的控制输入部分48-55
• 5.2.1 图像传感器的选择48-51
• 5.2.2 SCCB 主机接口51-53
• 5.2.3 单片机对图像传感器的控制53-55
• 5.3 太阳控制系统的控制驱动部分55-59
• 5.3.1 单片机的选择55-56
• 5.3.2 驱动芯片56-57
• 5.3.3 驱动控制系统硬件连接57-59
• 5.4 太阳控制系统的执行部件59-62
• 第6章 结论62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68

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