一种太阳光斑检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种太阳光斑检测系统，包括PC机，PC机与单片机、驱动电路、气动机构、太阳光斑跟踪模块依次连接，太阳光斑跟踪模块内部设置有平面镜跟踪机构和图像采集机构，气动机构与平面镜跟踪机构传动连接，图像采集机构的信号输出端接回PC机。本实用新型的装置，摄像机通过加装望远镜明显提高了图像处理的准确度，从而有效提高图像处理环节中太阳光斑质心的提取；通过使用巴德膜，有效去除太阳光斑周围的干扰，有助于光斑质心的检测；结构简单、成本低，安装方便。
【专利说明】
一种太阳光斑检测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及太阳能控制技术领域，涉及一种太阳光斑检测系统。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的快速发展，能源需求日益增长，太阳能的开发呈现出较强优势。但是，固定安装的太阳能装置由于安装角度的固化，太阳能利用率低，一直阻碍着太阳能技术的推广，通过太阳自动跟踪系统为解决这一问题提供了新途径。
[0003]目前，太阳跟踪方法分为:光电跟踪和视日运动轨迹跟踪。光电跟踪的优点是灵敏度高，结构设计简单，缺点为受天气影响较大。而视日运动轨迹跟踪的优点是不受外界天气、杂光等干扰，可靠性高，缺点是在计算太阳角度的过程中存在误差，从而影响跟踪精度。因此，较常用的方法为:采用视日运动轨迹跟踪为主，以图像传感器反馈校正的闭环太阳自动跟踪系统。
[0004]然而，利用图像传感器采集到的图像中，太阳光斑较小，存在噪声干扰，使得计算太阳光斑质心过程中，精度低、误差大。因此，研制一种新的方法，改善图像质量有利于精确跟踪太阳，从而提高太阳能利用率。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种太阳光斑检测系统，解决了现有技术图像传感器采集到的图像中，太阳光斑较小，存在噪声干扰，使得计算太阳光斑质心过程中，精度低、误差大的问题。
[0006]本实用新型采用的技术方案是，一种太阳光斑检测系统，包括PC机，PC机与单片机、驱动电路、气动机构、太阳光斑跟踪模块依次连接，太阳光斑跟踪模块内部设置有平面镜跟踪机构和图像采集机构，气动机构与平面镜跟踪机构传动连接，图像采集机构的信号输出端接回PC机。
[0007]本实用新型的太阳光斑检测系统，其特征还在于:
[0008]所述的PC机与单片机通过串口互联。
[0009]所述的图像采集机构包括网络摄像头、望远镜和巴德膜，望远镜镜头前端贴有巴德膜，望远镜后端安装网络摄像头；图像采集机构望远镜镜头指向天空，垂直安装于平面镜中心位置。
[0010]本实用新型的有益效果是，具有如下优点和效果:
[0011]I)摄像机通过加装望远镜明显提高了图像处理的准确度。通过使用望远镜使得所采集图像中太阳光斑像素占比大大提高，从而有效提高图像处理环节中太阳光斑质心的提取;2)通过使用巴德膜，有效去除太阳光斑周围的干扰，有助于光斑质心的检测；3)结构简单、成本低，安装方便，提高图像处理环节质心检测精度。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的结构不意图；
[0013]图2为本实用新型进行太阳光斑质心检测的流程简图。
[0014]图中，1.PC机，2.单片机，3.驱动电路，4.气动机构，5.太阳光斑跟踪模块，6.平面镜跟踪机构，7.图像采集机构。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0016]参照图1，本实用新型的结构是，包括PC机I，P C机I与单片机2、驱动电路3、气动机构4、太阳光斑跟踪模块5依次连接，太阳光斑跟踪模块5内部设置有平面镜跟踪机构6和图像采集机构7，气动机构4与平面镜跟踪机构6传动连接，图像采集机构7的信号输出端接回PC机 I。
[0017]PC机I通过C++编程，实现图像的显示、并利用图像处理算法计算太阳光斑质心。PC机I与单片机2通过串口互联，两者通过串口传输数据。
[0018]单片机2采用STM32F103，利用PC机I传递的太阳光斑质心，计算平面镜跟踪机构6的跟日误差，并产生控制信号，用于消除平面镜跟踪机构6的跟日误差。
[0019]驱动电路3根据单片机2发出的控制信号，产生气动机构4的驱动信号。
[0020]气动机构4根据驱动电路3的控制信号，改变平面镜跟踪机构6的水平角和俯仰角。
[0021]平面镜跟踪机构6，其中平面镜用于反射太阳光。
[0022]图像采集机构7包括网络摄像头、望远镜和巴德膜，望远镜镜头前端贴有巴德膜，望远镜后端安装网络摄像头。图像采集机构7望远镜镜头指向天空，垂直安装于平面镜中心位置。
[0023]图像采集机构7中的望远镜通过巴德膜，有效的去除太阳光斑周围的干扰;采用望远镜使得所采集图像中太阳光斑像素占比极大提高，有利于简化后期处理，更精确的计算太阳光斑质心。
[0024]参照图2，本实用新型的工作过程是，
[0025]第一步，硬件安装并校正；
[0026]第二步，单片机2根据视日运动跟踪轨迹确定太阳的粗略位置；
[0027]第三步，图像采集机构7采集太阳光斑的原始图像，传递给PC机I处理；
[0028]第四步，PC机I采用中值滤波算法处理图像；
[0029]第五步，PC机I采用Otsu算法进行二值化处理；
[0030]其中，PC机I采用平均值代替Otsu算法中的均值，确定图像二值化阈值;对二值化后的图像，进一步对行、列进行投影，只针对像素值不为O的像素进行继续处理，缩小处理范围，加快计算速度。
[0031 ]第六步，PC机I采用Roberts算子进行边缘检测；
[0032]第七步，PC机I采用最小二乘圆拟合计算光斑质心；
[0033]第八步，单片机2根据光斑质心调整太阳光斑跟踪模块5的水平角和俯仰角。
[0034]当太阳移动后，光斑质心超出预定的误差范围，重新循环上述的步骤3-步骤8，依次循环，实现全天对太阳的跟踪。
【主权项】
1.一种太阳光斑检测系统，其特征在于:包括PC机(I)，PC机(I)与单片机(2)、驱动电路(3)、气动机构(4)、太阳光斑跟踪模块(5)依次连接，太阳光斑跟踪模块(5)内部设置有平面镜跟踪机构(6)和图像采集机构(7)，气动机构(4)与平面镜跟踪机构(6)传动连接，图像采集机构(7)的信号输出端接回PC机(I)。2.根据权利要求1所述的太阳光斑检测系统，其特征在于:所述的PC机(I)与单片机(2)通过串口互联。3.根据权利要求1所述的太阳光斑检测系统，其特征在于:所述的图像采集机构(7)包括网络摄像头、望远镜和巴德膜，望远镜镜头前端贴有巴德膜，望远镜后端安装网络摄像头;图像采集机构(7)望远镜镜头指向天空，垂直安装于平面镜中心位置。
【文档编号】G05D3/12GK205507558SQ201620244662
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】杨延西, 郭龙飞, 高异, 邓毅
【申请人】西安理工大学