L, A=ZSOM,其中，H为太阳高度角，A为太阳方位角。
[0024] 根据球面=角形定理，球面=角形边的余弦等于其他两边余弦的乘积，加上该两 边正弦与其夹角余弦的乘积。即有：
[0025] sin(ZT0L)sin(ZP0N)+cos(ZT0L)cos(ZP0N)cos(ZLPZ) (1)
[0026] 根据前面的说明，可W知道，其中，ZTOL是太阳的赤缔用S表示，ZPON是观测地点 的地理缔度用Iat表示，ZLPZ是太阳当前所处的时角通常用T表示。因此，得到太阳高度角 与太阳赤缔、时角和观测地点的缔度关系的表达式：
[0027] sinH=sin(lat)sin( Z5)+cos(lat)cos5cosT (2)
[00%]同样，根据球面=角形定理有，球面=角形的正弦和其对角的正弦成正比，则：
[0029]
(3)
[0030] 由前面的介绍可见，ZLZQ/就是太阳的方位角，用A表示。由此，可W得到太阳方位 角A与高度角H，即赤缔S W及时角T的关系如下：
[00… 1
[0032] 由W上可见，只要确定了观测地点的时角T、赤缔5、地理缔度lat，就可W求解出观 测时刻该点的太阳高度角和方位角。
[0033] 传感器跟踪方式:传感器跟踪方式主要由摄像头和机械驱动部分组成，摄像头采 用0V2640模块，机械驱动由步进电机完成，可进行对一维或二维转台的操作。0V2640模块可 将采集到的图片转换为肝EG格式便于上位机的处理，上位机部分采用MATLAB编程寻找太阳 图像质屯、，从而确定传感器与太阳直射方位的偏离程度，机械驱动部分采用步进电机控制， 分别实现上下左右的移动。
[0034] 0V2640图像传感器是低电压CMOS器件，它提供的全部功能由单忍片UXGA (1632x1232)的摄像头和图像处理器在小尺寸进行封装。0V2640具有图像阵列，和所有必需 的图像处理功能，包括曝光控制，伽马，白平衡，色彩饱和度，色调控制，白像素消除，噪声取 消等，也是通过可编程SCCB接口。
[0035] 在运种方式里，太阳位置的变化引起摄像头所拍图像质屯、的改变，运一信号被计 算机所识别，计算机及时响应运一变化，并根据分析判断的结果驱动电机改变其位置，从而 调整仪器的方向，使摄像头所拍图像重新回到原始角度。如此往复，构成一个信号反馈调节 系统。
[0036] 跟踪方式切换：阴天时，太阳福照度较弱，摄像头很难捕捉光线的变化，系统必须 自行切换到太阳运行轨迹跟踪方式。晴天时，太阳福照度较强，光电转换器能很好地响应光 线的变化，系统会自行切换到传感器跟踪方式，W便实现更高精度的太阳跟踪。
[0037] 在系统实际运行中，按照天文学计算的太阳位置和实际的机械机构的位置是存在 误差的，运将致使在两种跟踪方式切换时可能会出现跳动。由于机械机构的加工工艺限制 W及算法本身的误差等因素的影响，运个误差很难避免。因此，在太阳福照度足够强，仪器 跟踪角度误差足够小的情况下，系统将自动进行机械机构位置和实际太阳运行轨迹的校 正，W平滑运两种跟踪方式间的跳动，从而实现了两种方式的无缝隙衔接。
[0038] 跟踪模式的切换:该部分由电机操控一维转台或二维转台，且摄像头和仪器之间 的夹角可控。在直射跟踪模式时，摄像头与仪器夹角为0度，保持水平，并W二维转台控制仪 器方位移动。在角度跟踪模式下，摄像头与仪器可通过调节实现一个角度的存在，并切换到 一维转台控制仪器的方位，从而实现仪器与太阳直射光线形成一个固定可调的投影角度， 使操作简便灵活。
[0039] 屏幕显示：由TFT彩屏实现，完成系统的功能设置和系统信息的输出，可显示：日 期、时间、当天的日出时间、日落时间，当时的太阳高度角、方位角及太阳传感器的参数等。
[0040] 为了解决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，成功研制了基于STM32的直射跟踪和角度跟踪的两用太阳跟踪器。该跟 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。同时，该跟踪器还具 有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。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自动跟踪。两用太阳跟踪器的发明，可提高直接 福射、总福射的测量准确度，也便于光谱仪测量的方便快捷。
[0041] 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。
【主权项】
1. 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、 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。2. 根据权利要求1所述的基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于:所述微控制器模块的 芯片型号为STM32F103。3. 根据权利要求1所述的基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于:所述矩阵键盘采用4*4 矩阵键盘。4. 根据权利要求1所述的基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于:所述步进电机采用57 步进电机。5. 根据权利要求1所述的基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于:所述TF彩屏采用3.2寸 TFT显示屏。6. 根据权利要求1所述的基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于:所述摄像头模块的芯 片型号为0V2640。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于STM32的太阳跟踪器，该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，同时，该跟踪器还具有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，这两种方式自行切换, 互相配合,实现了高精度的全天候太阳自动跟踪，两用太阳跟踪器的发明，可提高直接辐射、总辐射的测量准确度，也便于光谱仪测量的方便快捷。
【IPC分类】G05D3/12
【公开号】CN205375199
【申请号】CN201620057071
【发明人】苏杨, 赵毛毛, 代分分
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年1月20日