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基于图像处理的太阳跟踪控制系统研究与开发

作　者: 刘淼生
导　师: 齐文新
学　校: 华中科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 太阳跟踪图像传感器步进电机 OTSU
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 39次
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内容摘要

随着世界人口数量的增长和社会化大生产的发展,人类对能源的需求不断增长。为解决能源危机,保护生态环境,实现经济社会可持续发展,世界各国都在大力开发和利用太阳能。如何有效对太阳进行跟踪,提高太阳能利用率已成为当前太阳能研究的热点问题。而传统的跟踪系统成本高、跟踪精度低,需要人工定期校准,难以达到提高太阳能利用率的目的。在分析当前国内外太阳跟踪器的发展现状、性能特点之后,提出一种视日运动轨迹和图像处理相结合的太阳跟踪方式。基于这种方式设计的太阳跟踪控制系统,首先以视日运动轨迹方式进行跟踪初步定位,确保太阳落在图像传感器的视场范围内;再启动图像传感器拍摄太阳位置图片,以基于图像处理的方式进行太阳跟踪,使太阳光斑始终位于图像中心。本课题完成了控制系统的硬件设计和软件设计。硬件部分包括图像采集、控制执行部件和实时时钟等其他模块,对主要芯片选型、工作原理、配置和电路设计做了详细介绍。软件部分则完成了主程序模块、视日运动轨迹跟踪模块、太阳光斑图像跟踪模块、图像处理算法的设计以及跟踪误差分析。经硬件和软件联合调试验证,本文设计的太阳跟踪控制系统的研究思路、跟踪控制方式、硬件设计、软件设计和图像算法设计均是切实可行的,系统具有结构简单、跟踪精度高、可靠性强等特点。本文的最后对所做的工作进行了总结,提出了系统设计中的不足之处,并对下一阶段的改进工作进行了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 选题背景  8-9
  1.2 研究目的和意义  9-10
  1.3 太阳跟踪器国内外研究现状  10-13
  1.4 本文主要研究内容  13-14
  1.5 本文组织结构  14-16
2 太阳跟踪控制系统的总体设计  16-25
  2.1 太阳位置的确定  16-17
  2.2 跟踪方式设计  17-18
  2.3 系统总体设计  18-20
  2.4 关键器件选型  20-24
  2.5 本章小结  24-25
3 太阳跟踪控制系统硬件设计  25-44
  3.1 图像采集模块设计  25-36
  3.2 控制执行模块设计  36-41
  3.3 其他模块设计  41-43
  3.4 本章小结  43-44
4 太阳跟踪控制系统的软件设计  44-64
  4.1 系统软件的开发环境及总体结构  44-46
  4.2 视日运动轨迹跟踪软件设计  46-47
  4.3 太阳光斑图像跟踪软件设计  47-49
  4.4 图像处理算法设计  49-57
  4.5 跟踪误差分析  57-63
  4.6 本章小结  63-64
5 系统调试和结果  64-69
  5.1 实验数据测量  64-67
  5.2 数据分析  67
  5.3 误差分析  67-68
  5.4 本章小结  68-69
6 总结与展望  69-71
  6.1 全文总结  69-70
  6.2 下一步工作展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录1 读硕士学位期间发表的论文目录  75

基于图像处理的太阳跟踪控制系统研究与开发

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