文档介绍：滨江学院
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:
组员:孔维斌(02)、金城(18)、刘阳(06)、陶恒(22)、姜小龙(21)、赵伟(20)、陈骏(09)、潘佳笛(30)、方超(01)、童波(27)、徐宏武(23)、韩卫(26)、俞家伟(20)、蔡一正(29)、张润科(15)、王璐(31)、焦彬(实验班45)
指导教师: 周旺平
二○一三年一月十三日
太阳跟踪仪系统设计
南京信息工程大学滨江学院自动化专业,江苏南京 210044
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。
硬件介绍
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
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 单片机最小系统框图
图1-1-3 单片机最小系统仿真电路图
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:
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,的上升时间不超过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100kΩ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。
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30±10 pF。外接代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。
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;