[发明专利]一种基于CCD成像的太阳跟踪系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能收集装置，特别涉及一种太阳跟踪系统。

背景技术

近年来，随着城市建筑趋向高层化和密集化，仅依靠传统的采光方式已经不能满足建筑物内部的采光要求。尤其是那些较低层建筑、无窗房间和地下室，即使是晴朗天气，室内也昏暗阴沉，这在无形之中增加了人工照明的电能损耗，而且给长期在此环境中生活与工作的人身心健康带来不良影响。将太阳光直接导入室内进行照明的技术不仅充分利用了太阳光资源，减少了白天电能的浪费，实现了无窗房间和地下室的照明需求，而且提高了室内生活品质。

目前国内外许多学者对利用太阳光照明进行了大量的研究，提出不少利用太阳能的采光方法和设想。例如：使用平面镜的一次反射法、棱镜组多次反射法、卫星反射镜法、导光管法以及光纤导光法。由于光纤导光入室照明相比上述采光方法在施工和设计上有很大的自由度优势，能方便的把阳光传送到需要照明的地方，因此一直是西方许多发达国家研究的热点。1979年8月日本的La Foret工程公司推出了第一台采集太阳光的照明系统-“向日葵”；1995年前后，美国能源部橡树岭国家实验室发明了组合太阳光照明系统，即以太阳光照明为主，不足部分用电照明补充。

国内外的一些光纤导光室内照明系统虽然在不同的方面有各自的优点，然而在实际的应用过程中或多或少存在着误差大、灵活性差、非全天候跟踪、光污染严重等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CCD成像的太阳跟踪系统，使得其控制精度高、灵活性强、易操作、耦合率高、成本低、全自动跟踪。

本发明的目的是这样实现的：一种基于CCD成像的太阳跟踪系统，包括连接在一起的STM32微处理器和FPGA相机驱动板，STM微处理器的信号输出端与电机驱动板的信号输入端相连，所述FPGA相机驱动板的信号输出端与线阵CCD的信号输入端相连，所述线阵CCD的信号输出端经A/D转换芯片与FIFO存储器的输入端相连，FIFO存储器上连接有SDRAM存储器。

本发明工作时，STM32微处理器中采用天文历法计算出太阳的绝对位置；STM32微处理器输出脉冲信号至电机驱动板驱动电机带动精密机械传动机构使CCD相机镜头朝向太阳光照射方向；STM32微处理器发送帧启动脉冲ENA给FPGA相机驱动板，FPGA相机驱动板接收到ENA信号，产生CCD驱动时序信号和A/D转换器的时钟信号，使CCD与A/D转换器开始工作；线阵CCD在驱动脉冲的作用下，将采集到的光信号转换成视频模拟信号输出，处理后的视频模拟信号送入高速A/D转换器，采集到的数据经过FIFO存储器后转存至SDRAM存储器中；STM32微处理器接收到数据传输结束的中断信号后向电机驱动板发送脉冲信号，在高度角方向摄像头向下移动，线阵CCD又开始拍摄下一帧数据；全部拍摄完后STM32微处理器读取数据，对图像进行二值化、滤波、剪切、圆周点坐标分组等数据预处理处理；计算出拍摄到的太阳圆心距计算得到的太阳圆心的偏差，从而计算出太阳的实际视角位置，移动太阳能采光装置使其完成对太阳入射光的精确跟踪。与现有技术相比：本发明的有益效果在于：本发明具有控制精度高、灵活性强、易操作、耦合率高、成本低、全自动跟踪，可以实现绿色、环保、节能、健康的室内照明，对于我国政府倡导的大力发展可持续再生能源技术和推动绿色照明工程有着积极的意义。本发明可用于太阳能的采集控制中。

附图说明

图1为本发明控制原理框图。

具体实施方式

如图1所示的一种基于CCD成像的太阳跟踪系统，包括连接在一起的STM32微处理器和FPGA相机驱动板，STM微处理器的信号输出端与电机驱动板的信号输入端相连，FPGA相机驱动板的信号输出端与线阵CCD的信号输入端相连，线阵CCD的信号输出端经A/D转换芯片与FIFO存储器的输入端相连，FIFO存储器上连接有SDRAM存储器。

本发明工作时，STM32微处理器中采用天文历法计算出太阳的绝对位置；STM32微处理器输出脉冲信号至电机驱动板驱动电机带动精密机械传动机构使CCD相机镜头朝向太阳光照射方向；STM32微处理器发送帧启动脉冲ENA给FPGA相机驱动板，FPGA相机驱动板接收到ENA信号，产生CCD驱动时序信号和A/D转换器的时钟信号，使CCD与A/D转换器开始工作；线阵CCD在驱动脉冲的作用下，将采集到的光信号转换成视频模拟信号输出，处理后的视频模拟信号送入高速A/D转换器，采集到的数据经过FIFO存储器后转存至SDRAM存储器中；STM32微处理器接收到数据传输结束的中断信号后向电机驱动板发送脉冲信号，在高度角方向摄像头向下移动，线阵CCD又开始拍摄下一帧数据；全部拍摄完后STM32微处理器读取数据，对图像进行二值化、滤波、剪切、圆周点坐标分组等数据预处理处理；计算出拍摄到的太阳圆心距计算得到的太阳圆心的偏差，从而计算出太阳的实际视角位置，移动太阳能采光装置使其完成对太阳入射光的精确跟踪。