基于COMS圖像傳感器的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤控制器設計與實(shí)現
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因此需對光敏電阻的結構進(jìn)行優(yōu)化，而通過(guò)增加光敏電阻個(gè)數的方法則會(huì )造成裝置結構復雜，成本提高。通過(guò)分析，采用圖像傳感器代替了光敏電阻檢測太陽(yáng)位置的變化，可以準確、快速地獲得太陽(yáng)位置信息，從而提高了跟蹤精度。同時(shí)其結構簡(jiǎn)化，成本降低。
1 系統總體設計
該系統主要由平面鏡跟蹤裝置、控制和驅動(dòng)電路、方位限位電路、CMOS圖像傳感器(附巴德膜濾波片)等部分組成。系統總體設計框圖如圖1所示。跟蹤裝置實(shí)物圖如圖2所示，圖像傳感器固定在平面鏡中心。圖像傳感器產(chǎn)品主要分為CCD，CMOS以及CIS傳感器三種。目前CMOS型不僅價(jià)格低廉，而且已經(jīng)實(shí)現數字化輸出，軟件可編程控制，大大降低系統設計的難度，提高系統設計的靈活性、抗干擾性和穩定性。
CMOS圖像傳感器滿(mǎn)足系統設計要求。跟蹤控制器采用羅技公司的QuickCam系列網(wǎng)絡(luò )攝像頭，具有功耗小、成本低、單一電源驅動(dòng)、易于實(shí)現片上系統集成等特點(diǎn)。其開(kāi)窗特征可以根據實(shí)際需要設置有效圖像數據窗口的大小，從而避免了對無(wú)效數據的采集，減小存儲空間。
由于太陽(yáng)光十分強烈，因此在圖像采集時(shí)，需要給攝像頭加上巴德膜濾波片。實(shí)驗表明加兩層濾波片后，所得到的圖像效果較佳。
系統工作過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)時(shí)，上位機VC++調用視日運動(dòng)規律中的sun函數，獲取太陽(yáng)的高度角與方位角，并轉化為俯仰和水平步進(jìn)電機的運行步數，通過(guò)RS 485總線(xiàn)與單片機通信，驅動(dòng)跟蹤裝置運轉，確保太陽(yáng)光斑裝入CMOS圖像傳感器視角內。
通過(guò)MCC實(shí)現VC++與Matlab聯(lián)合編程，實(shí)時(shí)控制圖像傳感器采集太陽(yáng)光斑圖像。VC++程序設置為每隔5 min自動(dòng)調用傳感器拍一次照，傳回的圖像經(jīng)Matlab處理，計算出太陽(yáng)光斑質(zhì)心坐標與圖像中心坐標的偏差，轉化為水平和俯仰電機需調整的步數，返回給VC++，再次送給單片機，驅動(dòng)步進(jìn)電機動(dòng)作，進(jìn)而細微調整平面鏡跟蹤裝置，使太陽(yáng)光斑始終在圖像中心位置。
當厚云層擋住太陽(yáng)時(shí)，或者由于其他原因太陽(yáng)光斑無(wú)法出現在傳感器視角內，則VC++調用時(shí)鐘跟蹤算法，繼續跟蹤，直到云層過(guò)去后，再重新使用圖像傳感器跟蹤。
2 圖像傳感器實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)的設計
2．1跟蹤控制器的首次定位
啟動(dòng)時(shí)，上位機中VC++程序首先調用視日運動(dòng)規律中的sun函數(此后跟蹤過(guò)程中無(wú)需再調用)，返回此時(shí)的太陽(yáng)高度角和方位角，換算成俯仰和方位步進(jìn)電機所需的步數，數據送給單片機，驅動(dòng)跟蹤裝置運轉，確保太陽(yáng)光斑裝入圖像傳感器視角內。子程序得到所需要運行的步數，列出部分代碼：
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