一种基于stm32的太阳跟踪器的制造方法

文档序号:10462821阅读:1019来源:国知局
一种基于stm32的太阳跟踪器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种太阳能跟踪器,尤其设及一种基于STM32的太阳跟踪器,属于 太阳监控领域。
【背景技术】
[0002] 目前,世界气象组织世界气候研究计划(WCRR)对地面福射基准站网(BSRN)和少数 国家已使用了高精度的太阳福射传感器和太阳跟踪器,但是,目前世界多数国家仍采用简 单的单轴跟踪装置作为太阳直接福射的跟踪设备。直接福射测量,由于太阳自动跟踪装置 存在的问题,经常出现缺测、误测等现象,有些台站还因跟踪器的故障而多日不能观测,只 能用理论计算来代替观测值,使得观测结果不具备客观性。而另一方面,在光谱仪测量使用 过程中,由于需要不断调整仪器角度W寻求最佳测量条件,需要人工进行实时调节,消耗人 力。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提供了一种基于STM32的 太阳跟踪器。
[0004] 本实用新型为解决上述技术问题采用W下技术方案
[0005] -种基于STM32的太阳跟踪器,包含微控制器模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟、继 电器、步进电机、摄像头模块,所述步进电机包含高度角步进电机和方位角步进电机;所述 摄像头模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟分别连接在微控制器模块的相应端口上,所述微控 制器模块的输出端通过继电器分别连接高度角步进电机和方位角步进电机的输入端,所述 高度角步进电机和方位角步进电机的输出端连接摄像头模块的输入端。
[0006] 作为本实用新型基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案,所述微控制器模块 的忍片型号为STM32F103。
[0007] 作为本实用新型基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案,所述矩阵键盘采用 4*4矩阵键盘。
[000引作为本实用新型基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案,所述步进电机采用 57步进电机。
[0009] 作为本实用新型基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案,所述TF彩屏采用3.2 寸TFT显示屏。
[0010] 作为本实用新型基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案,所述摄像头模块的 忍片型号为0V2640。
[0011] 本实用新型采用W上技术方案与现有技术相比,具有W下技术效果:
[0012] 本实用新型采用一维跟踪与二维跟踪方式的结合切换,具有全自动、全天候、跟踪 精度高、不绕线等优点,通过使用该基于STM32的直射跟踪和角度跟踪的两用太阳跟踪器, 能够提高太阳福射和光谱测量观测的准确度,并大大减轻观测人员的劳动强度。
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型的系统结构框图;
[0014] 图2是本实用新型的天球模型。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0016] 如图1所示,一种基于STM32的太阳跟踪器,其特征在于:包含微控制器模块、矩阵 键盘、TF彩屏、RT別寸钟、继电器、步进电机、摄像头模块,所述步进电机包含高度角步进电机 和方位角步进电机;所述摄像头模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟分别连接在微控制器模块 的相应端口上,所述微控制器模块的输出端通过继电器分别连接高度角步进电机和方位角 步进电机的输入端,所述高度角步进电机和方位角步进电机的输出端连接摄像头模块的输 入端。
[0017] 本实用新型针对太阳福射观测台站直接福射表跟踪不准和光谱仪需要时刻调整 方位避免太阳直射等问题,设计了基于STM32的直射跟踪和角度跟踪的两用太阳跟踪器。成 功解决了太阳福射观测和太阳能利用中的效率的问题,和光谱仪使用过程中人力消耗的问 题。
[0018] 在该实用新型中,解决其技术问题的必要技术特征是,两用太阳跟踪器具有两种 可手动切换的跟踪模式:直射跟踪模式和角度跟踪模式,W及两种可自行切换的跟踪方式: 传感器跟踪方式和太阳运行轨迹跟踪方式。
[0019] 其中,直射跟踪模式原理类似于现在已有的双轴全自动太阳跟踪器,控制仪器水 平面与太阳直射光线保持垂直,通过调节二维转台实现空间内对太阳直射光线的跟踪。角 度跟踪模式则是在直射模式的基础上,将摄像头与仪器之间的电机进行调节形成一定角 度,并且可根据实际需求自动切换成一维转台控制仪器,W实现让观测仪器避免直射光线 并和直射光线形成一固定投影角等用途。在跟踪方式的实现上,传感器跟踪方式是通过摄 像头实时采样,上位机分析比较太阳光强的变化,从而驱动机械机构实现太阳跟踪的方式, 上位机主要是对传感器的采集图像进行测量和处理,来判定偏差状态,从而将结果发送给 STM32进行处理驱动电机作固定角度移动。而太阳运行轨迹跟踪方式是根据当地的地理位 置和时间来确定太阳的位置进行跟踪太阳,一般在太阳福照度较低,传感器跟踪模式难W 响应太阳位置的变化时采用此种方法。在本系统里,运两种方式自行切换,互相配合,实现 了高精度的全天候太阳的自动跟踪。当太阳福照度较强时用光电传感器进行跟踪,当太阳 光线弱时,则根据太阳运行轨迹时间函数确定太阳的位置。
[0020] 本实用新型中,采用STM32F103开发板作为硬件基础,通过对其编写程序实现控 审IJ。外设部分包含4*4矩阵键盘,3.2寸TFT显示屏,0V2640摄像头模块及57步进电机。其中, TFT显示屏用于显示摄像头所拍图像,便于固定和调节摄像头位置。矩阵键盘经过硬件焊接 与开发板相连接实现通过按键的功能选择和控制。摄像头模块与开发板相连,STM32忍片通 过串口通讯方式将图像传递给上位机。而上位机则通过MATLAB软件编程将所得图片进行处 理。处理得到的数据由串口发送至单片机进行进一步的驱动。电机根据驱动内容作调节,进 行一维转台或二维转台操作。整个设计形成一个闭环系统,另控制更加严密精准。
[0021] 在天文学上,太阳相对地球上某一点的视位置是可W近似计算的,太阳运行轨迹 跟踪模式就是根据当地的经缔度坐标和时刻来确定太阳的位置,进而进行太阳跟踪的一种 控制方式。一般在太阳福照度较低,传感器跟踪模式难W响应太阳位置的变化时采用此种 方法。
[0022] 太阳方位角和高度角的计算是基于天球模型实现的。假设W观察者的眼睛为球 屯、,做一个无穷大的正球体,将所有天体包括太阳投影到天球的球面上,运个假象的球体就 称为天球。运样,天体的具体位置就可W由其在天球上的投影所描述。
[0023] 如图2所示,在图中,0点是观测地点,L点是太阳位置。因此,PLZO构成了一个球面 S角形,即H=ZMO
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