太阳跟踪课程设计---太阳跟踪仪系统设计

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1、 课程设计论文课程设计论文 题 目： 太阳跟踪仪系统设计 院 系： 自动控制系 专业班级： 自动化 组 长： 二一三二一三 年年 一一 月月 十三十三 日日 1 太阳跟踪仪系统设计 摘要：本论设计的是一个太阳方位全自动跟踪仪，实现了利用摄像头来始终跟踪太阳。实验以单片机 89 系列芯片 STC89C51 作为主控芯片来设计高精度的太阳跟踪仪， 分别通过高精度的永磁力矩直流电机精确控 制其角位移。跟踪仪利用摄像头采集信息，根据得到的图像灰度值，设定一个阀值进行二值化，确定两个 方向的偏差，接着用 PID 算法来分别控制 x 和 y 两个方向的偏差最终实现摄像头实时精确地跟踪太阳。 关键词：太阳跟

2、踪，单片机 89C51 ，摄像头，二值化 ，PID 算法 引言 太阳跟踪仪是使得摄像头能够跟踪上太阳中心，如果可以实现这一功能，则在实 际应用中，可以改进使得太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射 太阳能电池板的动力装置， 采用太阳能跟踪仪能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。 所以本文是实现太阳能高效率利用的前提实验。 1.硬件介绍 1.1 单片机模块 单片机又称单片微控制器， 是在一块芯片中集成了 CPU（ 中央处理器） 、RAM（ 数据 存储器） 、ROM（ 程序存储器） 、定时器/ 计数器和多种功能的 I/O（ 输入/ 输出） 接口等 一台计算机所需要的基本功能部件，从而可

3、以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。 在简单了解了什么是单片机之后， 然后我们来构建单片机的最小系统， 单片机的最小系 统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分， 也可理解为是用最少的元件 组成的单片机可以工作的系统。 对 51 系列单片机来说， 最小系统一般应该包括： 单片机、 时钟电路、复位电路、输入/ 输出设备等。STC89C52 单片机的引脚图 1-1-1 所示： 图 1-1-1 STC89C52 单片机引脚图 2 1.1.1 单片机最小系统 单片机的最小系统框图如图 1-1-2 所示，单片机的最小系统的仿真图如图 1-1-3 所示： 图 1-1-2 单片机最小系统框

4、图 图 1-1-3 单片机最小系统仿真电路图 1.1.2 单片机复位电路 复位是单片机的初始化操作，只要给 RESET 引脚加上 2 个机器周期以上的高电平信号， 即可使单片机复位。 除了进入系统的正常初始化之外， 当程序运行出错或是操作错误使系统 处于死锁状态时，为了摆脱死锁状态，也需要按复位键重新复位。 在系统中，为了实现上述的两项功能，采用常用的按键电平复位电路，这样复位键有复 位和停止两个功能，如图 1-1-4 所示： 3 图 1-1-4 复位电路 从图中可以看出，当系统得到工作电压的时候，复位电路工作在上电自动复位状态，通 过外部复位电路的电容充电来实现， 只要 Vcc 的上升时间不

5、超过 1ms 就可以实现自动上电复 位功能。在本系统中，采用 10uF 的电容和 100k的电阻来实现复位电路。当系统出错时， 直接按开关实现模拟系统上电复位的功能，从而实现系统重新复位启动。 1.1.3 时钟电路 时钟电路是用于产生单片机工作时所必需的时钟信号。 时钟是单片机的心脏， 单片机各 功能部件的运行都是以时钟频率为基准的， 有条不紊地一拍一拍地工作。 时钟频率直接影响 单片机的速度， 时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。 在本系统中采用外部时钟 方式的电路，如图 1-1-5 所示： 图 1-1-5 系统时钟电路 在本设计中的电容 C1、C2 典型值为 3010 pF。外接代

6、内容的值虽然没有严格的要求， 但是电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性。 同时， 在系统中采用 12MHz 的晶体 振荡器来产生时钟脉冲。这样可以满足系统在设计时的机器周期的需要。 4 1.2 图像采集模块 1.2.1 摄像头 ov7620 的介绍 OV7620 是美国OmniVision 公司开发的CMOS 彩色图像传感器芯片, 该芯片将CMOS 传 感器技术与数字接口组合, 用于视频图像应用。OV7620 芯片的基本参数为: 1) 单片1/ 3 英寸彩色/ 黑白数字图像传感器, 48 引脚。 2) 隔行扫描或逐行扫描。 3) 图像尺寸: 4. 86* 3. 64 mm。像素尺寸: 7. 6 um 7. 6 um 4) 有效像素: 664* 492, 默认值: 640* 480; 5) 内部10 bit 双通道A/ D 转换, 8/ 10b it 输出。 6) 曝光设定 500: 1; 7) 信噪比 48 dB; OV7620 是高性能的数字图像传感器, 可提供彩色/ 黑白多