一种能够精确追踪光源中心的控制系统的制作方法
【专利摘要】一种能够精确追踪光源中心的控制系统，属于自动控制领域。由直流电机、电机驱动模块、测速模块、摄像头采集模块、电源模块、ARM主控模块、zigbee无线传输模块和上位机模块构成，所述直流电机与电机驱动模块、测速模块相连，所述上位机模块为手机。所述摄像头采集模块通过固定架安装在直流电机的转轴上。通过以嵌入式ARM作为主控芯片，实现摄像头始终跟踪光源。追踪系统利用摄像头进行图像采集，根据二值化以后的灰度图像，确定两个方向的偏差，采用模糊PID算法来分别控制两个方向的偏差。通过高精度的永磁力矩直流电机精确控制其角位移，最终实现摄像头实时精确地跟踪光源中心。具有跟踪速度快精度高的优点。
【专利说明】一种能够精确追踪光源中心的控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种能够精确追S示光源中心的控制系统，属于自动控制领域。
【背景技术】
[0002]光源跟踪技术可应用到工业自动化控制方面，用光源信号作为引导信号，光源跟踪装置作出相应的执行动作；还可应用到农业方面，可用于园艺温室、农作物温室，具体应用内容是光源跟踪装置可以检测当前最强光线的光照强度，采集当前的温度和光线强度等级，以供农作物生产环境检测使用。此外，它在太阳能光伏组件的发电中应用非常广泛，利用对太阳的追踪来实现对太阳能的充分利用，缓解能源危机，同时在空间科技、军事、冶金、轻工、机电工程及交通管理等领域起着举足轻重的的作用。未来还可用于月光聚焦的照明系统以及其他对各种光源的追踪。
[0003]光源跟踪装置在高科技领域有着如此广泛的应用，但目前的大多是光源中心追踪装置跟踪效率比较低、反应慢、跟踪时间长、跟踪精度差、故障率高、寿命短。为改善传统光源追踪的缺点，目前是一个急需解决的问题。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种能够精确追踪光源中心的控制系统。
[0005]本实用新型要解决的是现有光源跟踪装置跟踪效率比较低的不足。
[0006]一种能够精确追踪光源中心的控制系统，由直流电机、电机驱动模块、测速模块、摄像头采集模块、电源模块、ARM主控模块、zigbee无线传输模块和上位机模块构成,所述直流电机与电机驱动模块、测速模块相连，摄像头采集模块、zigbee无线传输模块、测速模块、电机驱动模块分别与ARM主控模块相连。上位机模块通过zigbee无线传输模块与ARM主控模块进行数据交换。
[0007]所述直流电机、电机驱动模块、测速模块设有两组。
[0008]所述上位机模块为手机。
[0009]所述摄像头采集模块通过固定架安装在直流电机的转轴上。
[0010]本实用新型的优点:通过以嵌入式ARM作为主控芯片，实现摄像头始终跟踪光源。追踪系统利用摄像头进行图像采集，根据二值化以后的灰度图像，确定两个方向的偏差，采用模糊PID算法来分别控制两个方向的偏差。通过高精度的永磁力矩直流电机精确控制其角位移，最终实现摄像头实时精确地跟踪光源中心。具有跟踪速度快精度闻的优点，应具有广泛的市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型一种能够精确追踪光源中心的控制系统的结构不意图；
[0012]图中:1、直流电机2、电机驱动模块 3、测速模块 4、摄像头采集模块 5、电源模块 6、ARM主控模块 7、zigbee无线传输模块 8、上位机模块。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0014]一种能够精确追踪光源中心的控制系统，由直流电机1、电机驱动模块2、测速模块3、摄像头采集模块4、电源模块5、ARM主控模块6、Zigbee无线传输模块7和上位机模块8构成，所述直流电机I与电机驱动模块2、测速模块3相连，摄像头采集模块4、zigbee无线传输模块7、测速模块3、电机驱动模块2分别与ARM主控模块6相连。上位机模块8通过zigbee无线传输模块7与ARM主控模块6进行数据交换。
[0015]所述直流电机1、电机驱动模块2、测速模块3设有两组，实现前后左右四方形协同调节。
[0016]所述上位机模块8为手机，方便用户控制。
[0017]所述摄像头采集模块4通过固定架安装在直流电机I的转轴上。
[0018]追踪光源中心的控制系统采用的高精度永磁力矩直流电机I能够精确控制其角位移；追踪光源中心的控制系统利用数码摄像头采集太阳图像信息，根据二值化以后的灰度图像，确定两个方向的偏差，采用模糊PID算法实现在线调节比例P、积分1、微分D三个参数，能够准确控制两个方向的偏差，最终实现摄像头实时精确地跟踪光源中心；
[0019]使用zigbee无线传输模块7进行通讯。由于ZigBee价格便宜,功耗较低、数据传输速率高且比较稳定，适用于近距离的无线组网通讯。它能够克服有线通讯需要有线的传输媒介的参与，其有可能影响仪器的工作效率和结果。
[0020]通过无线通信，上位机模块8可以准确监控系统的工作情况及参数设置；
[0021]采用当前国际先进的高频调制技术的可调式电源模块5，它通过触控开关控制调节输出电压。可调直流稳压电源具有健全的保护电路，可连续设置并可预见过电压、过电流。
[0022]用性能比较好的高清数字摄像头ov9653。用ARM控制0V9653功能寄存器，以中断方式同步图像输出，由ARM的中断引脚控制摄像头采集模块4的0V9653图像输出同步信号VSYNC、HSYNC、PCLK。
[0023]根据控制量产生的参考直流电机I速度与测速模块3反馈回来的实际直流电机I转速进行比较后，由ARM产生相应PWM信号，通过电机驱动模块2调节电机速度。
[0024]本实用新型的使用方法:当通过上位机模块8和ARM主控模块6之间通过zigbee无线传输模块7设定相关参数后。首先ARM主控模块6开始初始化，紧接着摄像头采集模块4初始化，最后zigbee无线传输模块7初始化。等待其他模块都初始化完毕后，使用摄像头采集模块4进行图像采集，通过设定采集图像的行数、列数、阈值后，通过USB总线把数据传输给ARM主控模块6。接下来ARM主控模块6进行滤波处理。滤波过程是:如果该点的灰度值与周围像素的平均值相差很大，则视为噪声，用平均值代替，否则保持原像素。滤波过后ARM主控模块6进行二值化处理，计算并提取光源中心的坐标。通过计算太阳中心与图像中心的水平误差和垂直误差，再配合模糊PID控制算法，在线调节比例、积分、微分三个系数，从而得到水平误差和垂直误差的控制量。根据位置偏差的大小控制量产生PWM信号控制直流电机I的旋转方向和转速。最后通过判断垂直、水平误差是否为O来选择下一步的工作。若偏差不为O，则转向摄像头采集模块4继续进行图像采集，经处理后再次判断偏差是否为O，直至两个方向的偏差为O，则追踪光源中心的任务完成。接下来准备下一次的追踪。
【权利要求】
1.一种能够精确追踪光源中心的控制系统，由直流电机(I)、电机驱动模块(2)、测速模块(3 )、摄像头采集模块(4 )、电源模块(5 )、ARM主控模块(6 )、z igbee无线传输模块(7 )和上位机模块(8 )构成，其特征是:所述直流电机(I)与电机驱动模块(2 )、测速模块(3 )相连，摄像头采集模块(4)、zigbee无线传输模块(7)、测速模块(3)、电机驱动模块(2)分别与ARM主控模块(6 )相连，上位机模块(8 )通过zigbee无线传输模块(7 )与ARM主控模块(6 )进行数据交换，直流电机(I)、电机驱动模块(2 )、测速模块(3 )设有两组。
2.根据权利要求1所述的一种能够精确追踪光源中心的控制系统，其特征是:所述上位机模块(8)为手机。
3.根据权利要求1所述的一种能够精确追踪光源中心的控制系统，其特征是:所述摄像头采集模块(4 )通过固定架安装在直流电机(I)的转轴上。
【文档编号】G05B19/418GK203812050SQ201420000591
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】周乃义, 刘国平, 谭银朝, 李抗, 韩正云 申请人:浙江海洋学院