一種基于stm32的太陽(yáng)跟蹤器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種太陽(yáng)能跟蹤器，尤其設(shè)及一種基于STM32的太陽(yáng)跟蹤器，屬于 太陽(yáng)監(jiān)控領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，世界氣象組織世界氣候研究計(jì)劃(WCRR)對(duì)地面福射基準(zhǔn)站網(wǎng)（BSRN)和少數(shù) 國(guó)家已使用了高精度的太陽(yáng)福射傳感器和太陽(yáng)跟蹤器，但是，目前世界多數(shù)國(guó)家仍采用簡(jiǎn) 單的單軸跟蹤裝置作為太陽(yáng)直接福射的跟蹤設(shè)備。直接福射測(cè)量，由于太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤裝置 存在的問(wèn)題，經(jīng)常出現(xiàn)缺測(cè)、誤測(cè)等現(xiàn)象，有些臺(tái)站還因跟蹤器的故障而多日不能觀測(cè)，只 能用理論計(jì)算來(lái)代替觀測(cè)值，使得觀測(cè)結(jié)果不具備客觀性。而另一方面，在光譜儀測(cè)量使用 過(guò)程中，由于需要不斷調(diào)整儀器角度W尋求最佳測(cè)量條件，需要人工進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，消耗人 力。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于STM32的 太陽(yáng)跟蹤器。
[0004] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用W下技術(shù)方案
[0005] -種基于STM32的太陽(yáng)跟蹤器，包含微控制器模塊、矩陣鍵盤(pán)、TF彩屏、RTC時(shí)鐘、繼 電器、步進(jìn)電機(jī)、攝像頭模塊，所述步進(jìn)電機(jī)包含高度角步進(jìn)電機(jī)和方位角步進(jìn)電機(jī);所述 攝像頭模塊、矩陣鍵盤(pán)、TF彩屏、RTC時(shí)鐘分別連接在微控制器模塊的相應(yīng)端口上，所述微控 制器模塊的輸出端通過(guò)繼電器分別連接高度角步進(jìn)電機(jī)和方位角步進(jìn)電機(jī)的輸入端，所述 高度角步進(jìn)電機(jī)和方位角步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接攝像頭模塊的輸入端。
[0006] 作為本實(shí)用新型基于STM32的太陽(yáng)跟蹤器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊 的忍片型號(hào)為STM32F103。
[0007] 作為本實(shí)用新型基于STM32的太陽(yáng)跟蹤器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述矩陣鍵盤(pán)采用 4*4矩陣鍵盤(pán)。
[000引作為本實(shí)用新型基于STM32的太陽(yáng)跟蹤器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步進(jìn)電機(jī)采用 57步進(jìn)電機(jī)。
[0009] 作為本實(shí)用新型基于STM32的太陽(yáng)跟蹤器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述TF彩屏采用3.2 寸TFT顯示屏。
[0010] 作為本實(shí)用新型基于STM32的太陽(yáng)跟蹤器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述攝像頭模塊的 忍片型號(hào)為0V2640。
[0011] 本實(shí)用新型采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0012] 本實(shí)用新型采用一維跟蹤與二維跟蹤方式的結(jié)合切換，具有全自動(dòng)、全天候、跟蹤 精度高、不繞線等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)使用該基于STM32的直射跟蹤和角度跟蹤的兩用太陽(yáng)跟蹤器， 能夠提高太陽(yáng)福射和光譜測(cè)量觀測(cè)的準(zhǔn)確度，并大大減輕觀測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0014] 圖2是本實(shí)用新型的天球模型。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0016] 如圖1所示，一種基于STM32的太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于:包含微控制器模塊、矩陣 鍵盤(pán)、TF彩屏、RT別寸鐘、繼電器、步進(jìn)電機(jī)、攝像頭模塊，所述步進(jìn)電機(jī)包含高度角步進(jìn)電機(jī) 和方位角步進(jìn)電機(jī);所述攝像頭模塊、矩陣鍵盤(pán)、TF彩屏、RTC時(shí)鐘分別連接在微控制器模塊 的相應(yīng)端口上，所述微控制器模塊的輸出端通過(guò)繼電器分別連接高度角步進(jìn)電機(jī)和方位角 步進(jìn)電機(jī)的輸入端，所述高度角步進(jìn)電機(jī)和方位角步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接攝像頭模塊的輸 入端。
[0017] 本實(shí)用新型針對(duì)太陽(yáng)福射觀測(cè)臺(tái)站直接福射表跟蹤不準(zhǔn)和光譜儀需要時(shí)刻調(diào)整 方位避免太陽(yáng)直射等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于STM32的直射跟蹤和角度跟蹤的兩用太陽(yáng)跟蹤器。成 功解決了太陽(yáng)福射觀測(cè)和太陽(yáng)能利用中的效率的問(wèn)題，和光譜儀使用過(guò)程中人力消耗的問(wèn) 題。
[0018] 在該實(shí)用新型中，解決其技術(shù)問(wèn)題的必要技術(shù)特征是，兩用太陽(yáng)跟蹤器具有兩種 可手動(dòng)切換的跟蹤模式:直射跟蹤模式和角度跟蹤模式，W及兩種可自行切換的跟蹤方式： 傳感器跟蹤方式和太陽(yáng)運(yùn)行軌跡跟蹤方式。
[0019] 其中，直射跟蹤模式原理類似于現(xiàn)在已有的雙軸全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤器，控制儀器水 平面與太陽(yáng)直射光線保持垂直，通過(guò)調(diào)節(jié)二維轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)對(duì)太陽(yáng)直射光線的跟蹤。角 度跟蹤模式則是在直射模式的基礎(chǔ)上，將攝像頭與儀器之間的電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)形成一定角 度，并且可根據(jù)實(shí)際需求自動(dòng)切換成一維轉(zhuǎn)臺(tái)控制儀器，W實(shí)現(xiàn)讓觀測(cè)儀器避免直射光線 并和直射光線形成一固定投影角等用途。在跟蹤方式的實(shí)現(xiàn)上，傳感器跟蹤方式是通過(guò)攝 像頭實(shí)時(shí)采樣，上位機(jī)分析比較太陽(yáng)光強(qiáng)的變化，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)跟蹤的方式， 上位機(jī)主要是對(duì)傳感器的采集圖像進(jìn)行測(cè)量和處理，來(lái)判定偏差狀態(tài)，從而將結(jié)果發(fā)送給 STM32進(jìn)行處理驅(qū)動(dòng)電機(jī)作固定角度移動(dòng)。而太陽(yáng)運(yùn)行軌跡跟蹤方式是根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦?置和時(shí)間來(lái)確定太陽(yáng)的位置進(jìn)行跟蹤太陽(yáng)，一般在太陽(yáng)福照度較低，傳感器跟蹤模式難W 響應(yīng)太陽(yáng)位置的變化時(shí)采用此種方法。在本系統(tǒng)里，運(yùn)兩種方式自行切換，互相配合，實(shí)現(xiàn) 了高精度的全天候太陽(yáng)的自動(dòng)跟蹤。當(dāng)太陽(yáng)福照度較強(qiáng)時(shí)用光電傳感器進(jìn)行跟蹤，當(dāng)太陽(yáng) 光線弱時(shí)，則根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)行軌跡時(shí)間函數(shù)確定太陽(yáng)的位置。
[0020] 本實(shí)用新型中，采用STM32F103開(kāi)發(fā)板作為硬件基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)其編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)控 審IJ。外設(shè)部分包含4*4矩陣鍵盤(pán)，3.2寸TFT顯示屏，0V2640攝像頭模塊及57步進(jìn)電機(jī)。其中， TFT顯示屏用于顯示攝像頭所拍圖像，便于固定和調(diào)節(jié)攝像頭位置。矩陣鍵盤(pán)經(jīng)過(guò)硬件焊接 與開(kāi)發(fā)板相連接實(shí)現(xiàn)通過(guò)按鍵的功能選擇和控制。攝像頭模塊與開(kāi)發(fā)板相連，STM32忍片通 過(guò)串口通訊方式將圖像傳遞給上位機(jī)。而上位機(jī)則通過(guò)MATLAB軟件編程將所得圖片進(jìn)行處 理。處理得到的數(shù)據(jù)由串口發(fā)送至單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的驅(qū)動(dòng)。電機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)內(nèi)容作調(diào)節(jié)，進(jìn) 行一維轉(zhuǎn)臺(tái)或二維轉(zhuǎn)臺(tái)操作。整個(gè)設(shè)計(jì)形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，另控制更加嚴(yán)密精準(zhǔn)。
[0021] 在天文學(xué)上，太陽(yáng)相對(duì)地球上某一點(diǎn)的視位置是可W近似計(jì)算的，太陽(yáng)運(yùn)行軌跡 跟蹤模式就是根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)締度坐標(biāo)和時(shí)刻來(lái)確定太陽(yáng)的位置，進(jìn)而進(jìn)行太陽(yáng)跟蹤的一種 控制方式。一般在太陽(yáng)福照度較低，傳感器跟蹤模式難W響應(yīng)太陽(yáng)位置的變化時(shí)采用此種 方法。
[0022] 太陽(yáng)方位角和高度角的計(jì)算是基于天球模型實(shí)現(xiàn)的。假設(shè)W觀察者的眼睛為球 屯、，做一個(gè)無(wú)窮大的正球體，將所有天體包括太陽(yáng)投影到天球的球面上，運(yùn)個(gè)假象的球體就 稱為天球。運(yùn)樣，天體的具體位置就可W由其在天球上的投影所描述。
[0023] 如圖2所示，在圖中，0點(diǎn)是觀測(cè)地點(diǎn)，L點(diǎn)是太陽(yáng)位置。因此，PLZO構(gòu)成了一個(gè)球面 S角形，即H=ZMO