CN110989696A - 一种基于机器视觉的光伏面板追日系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于机器视觉的光伏面板追日系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,包括底座,转台和太阳能电池板,所述转台安装在所述底座上,所述太阳能电池板上安装有光电检测模块,所述系统还包括传动装置和控制装置,控制装置中含有图像采集装置,以被动追日系统为出发点,利用影像补偿技术修正被动追日系统的误差,通过图像采集装置主动采集的太阳的信息,主动调整太阳能板的位置,以使得太阳能的利用率最大化,不仅大幅度提高了追日的精准度,而且精准度的提高与被动追日系统的机构的精度无关,所以成本得到有效控制,更为重要的是,气候对追日系统的影响较小,并且当图像采集装置无法有效感知太阳位置时,追日系统则以被动追踪方式,即视日轨迹追踪方式运行,从而保证有效发电时间。

Description

一种基于机器视觉的光伏面板追日系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能发电领域,具体地涉及一种基于机器视觉的光伏面板追日系统。
背景技术
众所周知,我们把能够为人类提供能源的自然资源称作为能源,能源是供给人类社会生和发展的基石。传统能源带来便利的同时也带来了严重的环境危机,如伸手不见五指的雾霾、
白色污染、能源短缺、不可抗力的自然灾害等等。为了使生态可持续发展,新能源应运而生,太阳能便是其中之一,太阳能是可再生且无污染的新能源,高效率的利用太阳能,不仅可以解决传统能源的不可再生问题,还可以改善环境,使我们共同生活的家园更加美好。现如今人们对太阳能的利用主要是在取暖和发电两个方面。
我国占地面积广阔,地理位置又优越,所以我国具有富饶的太阳能资源,陆地表面每年能接收的太阳能约为 50×1018KJ,具体数据如图1所示,各地方的太阳位置不同,能接收的太阳能量有差异,最强光照点的跟踪等问题都影响到太阳能的利用率,那么如何高效率的利用太阳能,即如何使得每时每刻接收的太阳能都是最强的,是人们需要解决的重大课题,人们由此研究并发明了光伏发电跟踪系统。
常见跟踪装置分为两大类,
第一,通过系统的跟踪过程是否存在反馈现象,将其分为开环控制、闭环控制以及混合控制。
开环控制:所谓开环控制即是某个系统不存在反馈。按照系统跟踪模式的不同可分为时钟跟踪和视日轨迹跟踪。时钟跟踪方式是通过程序控制电机让所要旋转的轴以一定的转速来随太阳旋转,而轴的转速是根据地球自转的速度决定的。由这种模式决定了其拥有较为简易的电路设计,然而简易对应装置系统精度低,即太阳能利用率不高。
视日轨迹跟踪方式,又称被动追踪方式,其核心是通过跟踪装置所在地的经纬度以及当地的时间,根据这些信息录入软件以此来计算,最终确定太阳此时旋转了多少度,然后通过已有的程序使电机带动太阳能板转动,以此达到电池板与太阳光垂直的目的。优点是在天气恶劣的情况下依然可以照常运行;缺点是太阳的运动轨迹是随着时间变化而变化的,从而使跟踪装置产生的误差不断变大,且累积的误差不会自动消失而需要人为矫正,精度也不高。
闭环控制: 所谓闭环控制即是某个系统存在反馈。系统可以根据光敏电阻或是光电二极管一类光电传感器来检测太阳光是否直射在太阳能板上,根据结果调整当前位置。例如:若太阳光光线并不是垂直于太阳能板,对应的传感器会产生相应的信号,然后将信号传输给装置的控制器,最后根据相应的程序使太阳能板自动调节到相应的位置。虽然说这种模式可以改善太阳能利用率并且提高系统的精度,但只在晴天的情况下奏效。
混合控制:所谓混合控制即是把开环控制和闭环控制融合在一起实现控制目的。开环控制的优点在于受天气的影响比较小,缺点是精度不高,而闭环控制的优点在于可以通过系统的反馈来减小误差提高精度,缺点是受天气影响较大。但是如何结合两种控制方法以达到高效率利用太阳能的目的,还有待研究。
第二,根据跟踪装置在跟踪维度上的不同,可将其分为单轴模式和双轴模式。
单轴模式:所谓单轴模式即是一个维度上的跟踪,只跟踪方位角不跟踪太阳的高度角或者是人为的进行矫正。根据转轴转动的方向不同又可将其分为南北轴向式、东西轴向式、偏离角轴向式以及倾斜角轴向式。有上述可知单轴跟踪是不将太阳的高度角的变化考虑在内的,故系统进度较低,但是这种单一维度上的跟踪其机械结构较为简单,跟踪精度不高。
双轴模式:所谓双轴模式即是太阳能电池板可以在两个维度上转动,水平方向以及垂直方向。跟踪太阳的高度角、方位角,通过计算得到太阳的高度角和方位角,以此达到跟踪太阳的目的。这种跟踪模式的系统精度显而易见比单轴跟踪模式的精度提高不少,但是其缺点在于对机械机构部分有较高的要求。
由上述内容可得知,现有的被动追日系统的机构精度与追日的精准度有关,导致成本无法控制,而且气候对追日系统也有很大的影响。
发明内容
为了解决以上问题,本发明提供了一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,包括底座,转台和太阳能电池板,所述转台安装在所述底座上,所述太阳能电池板上安装有光电检测模块,所述系统还包括传动装置和控制装置,
所述传动装置包括控制所述转台水平旋转运动的第一传动装置和控制所述太阳能电池板俯仰运动的第二传动装置,所述第一传动装置包括第一蜗杆轴、第一涡轮、齿轮 A、齿轮 B和第一电机,所述第一电机的轴上固定有所述齿轮 B,所述齿轮 B与所述齿轮 A啮合,同时与所述齿轮 A同轴设有所述第一涡轮,所述第一涡轮与所述第一蜗杆轴啮合,第一蜗杆轴以法兰盘与所述转台相连,以实现所述转台的水平旋转运动,所述第二传动装置包括第二蜗杆轴、第二涡轮、齿轮 C、齿轮 D和第二电机 ,所述第二电机的轴上固定有所述齿轮D,所述齿轮 D与所述齿轮 C 啮合,所述第二涡轮与所述齿轮 C同轴,所述第二涡轮与所述第二蜗杆轴啮合,所述第二蜗杆轴穿过所述转台,所述太阳能电池板安装在所述第二蜗杆轴的两端,以实现太阳能电池板的俯仰运动,
所述控制装置包括光线过滤装置、图像采集装置、上位监控机、下位控制器,所述光线过滤装置安装在所述图像采集装置上,用于过滤太阳光,所述图像采集装置安装在所述上位监控机上,用于采集太阳的图像,并传送给所述上述监控机,所述上位监控机用于处理太阳的图像,并计算得到太阳在图像中的位置及太阳光线和光伏面板垂直方向的角度信息,同时集中监控GSM 模块的短信接收和发送,实现对所述下位控制器的编程和调试,所述上位监控机和下位控制器之间通过OPC 通讯电缆连接,所述下位控制器接收所述上位监控机发送的太阳的位置和角度信息,经过处理后将处理好的信号发送给所述传动装置的所述第一电机和所述第二电机,从而控制转台的水平旋转运动和太阳能电池板的俯仰运动,若所述图像采集装置检测不到太阳的信息,则在所述上位监控机中的已编程序中手动键入当地时间、当地经纬度和北京时间,进而计算出太阳当前的高度角、方位角后,通过 OPC 通讯电缆传送给所述下位控制器,驱动模块运行,从而控制转台的水平旋转运动和太阳能电池板的俯仰运动。涡轮是用来传递动力并且其噪声更小,本系统增加了图像采集装置,以被动追日系统为出发点,利用影像补偿技术修正被动追日系统的误差,不仅大幅度提高了追日的精准度,而且精准度的提高与被动追日系统的机构的精度无关,所以成本得到有效控制,在采集不到太阳的图像信息时,则采用视日轨迹跟踪方式运行整个系统。
作为本发明的进一步优化,所述底座上形成有一拱形桥,所述转台置于拱形桥上。转台坐落在一拱形桥上,水平旋转工作时稳定性更高。
作为本发明的进一步优化,所述图面采集装置为USB CCD摄像头,所述上位监控机为家用电脑,所述下位控制器为PLC控制器,所述OPC 通讯电缆为西门子PPI编程电缆。本系统选用普通的 USB CCD 摄像头作为图像采集设备,既经济划算又操作方便,同时还可以满足系统的精度和技术要求。
作为本发明的进一步优化,上位监控机中还设有角度编码器,用于检测实际转动角度与理论转动角度之间的差值,从而进行调整所述转台水平旋转和所述太阳能电池板俯仰的角度幅度,进一步提高了追日的精准度。
作为本发明的进一步优化,该系统还设有手动控制开关和限位开关。手动控制,可以人为控制装置的开机、关机以及太阳能电池板角度的调整;限位开关是保护整个系统在安全范围内运行,若是触发了限位开关则表示系统以达到最大的运行限度,此时系统会停止运行以此来保护装置。
作为本发明的进一步优化,所述第一电机和所述第二电机有各自独立控制的驱动模块。两个驱动模块各自控制,互不干涉,使得追日系统的精度进一步提高。
本发明还提供了上述基于机器视觉的光伏面板追日系统的控制方法,所述控制方法步骤如下:
S1. 系统初始化,
S2. 根据系统时钟判断白天还是黑夜,如果是白天,则运行S3,如果是黑夜,则复位电机,系统进入休眠;
S3. 图像采集装置采集太阳图像信息,光线过滤装置如果检测到太阳,则运行S4,如果未检测到太阳,则判定天气为阴雨状态,系统按照视日轨迹追踪方式运行;
S4. 通过上位监控机中安装的LabVIEW 软件对采集到的图像进行图像处理,计算得到太阳在图像中的位置及太阳光线和太阳能电池板垂直方向的角度信息后运行S5;
S5. 通过OPC 通讯电缆将上述关联信息传送给下位控制器,下位控制器接收上述信息,经过处理后将处理好的信号发送给传送装置的电机驱动模块,使电机驱动整个传送装置,将转台水平旋转至其对应的位置,将太阳能电池板调至其对应的位置后,则运行S6;
S6. 检测太阳能电池板的位置是否在极限位置,如果在极限位置,则运行S2,如果不是极限位置,则运行S3。
作为本发明的进一步优化,在所述步骤S5后,由所述角度编码器检测实际转动角度与理论转动角度之间的差值,如果有差值,则将该误差反馈给下位控制器,进而进一步调整太阳能电池板的位置后,再运行S6。
作为本发明的进一步优化,所述视日轨迹追踪方式为在上位监控机中的LabVIEW软件编制的程序中键入当地时间、当地经纬度和北京时间,进而计算出太阳当前的高度角、方位角后,通过 OPC 通讯电缆传送给下位控制器,控制所述传动装置运行。
本系统的有益之处在于:以被动追日系统为出发点,利用影像补偿技术修正被动追日系统的误差,通过图像采集装置主动采集的太阳的信息,主动调整太阳能板的位置,以使得太阳能的利用率最大化,不仅大幅度提高了追日的精准度,而且精准度的提高与被动追日系统的机构的精度无关,所以成本得到有效控制,更为重要的是,气候对追日系统的影响较小,并且当图像采集装置无法有效感知太阳位置时,追日系统则以被动追踪方式,即视日轨迹追踪方式运行,从而保证有效发电时间。
附图说明
图1 为本发明的基于机器视觉的光伏面板追日系统的机械构造示意图;
图2 为本系统的水平旋转传动装置机械构造部分的剖面图;
图3 为图2的水平旋转运动的俯视简易示意图;
图4为本系统的俯仰传动装置机械构造部分的剖面图;
图5 为图4的俯仰运动的侧视简易示意图;
图6 为本系统的控制系统总体框图;
图7为本系统的控制方法流程图;
图8为太阳位置与地平面关系计算图;
图中 1、第一蜗杆轴 2、第一涡轮 3、齿轮A 4、齿轮B 5、第一电机 6、第二蜗杆轴
7、第二涡轮 8、齿轮C 9、齿轮 D 10、第二电机 11、第一控制柜 12、第二控制柜
13、转台 14、拱形桥 15、底座 16、太阳能电池板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
如图2-图5所示,本发明提供了一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,包括底座15,转台13和太阳能电池板16,所述转台13安装在所述底座15上,太阳能电池板16上安装有光电检测模块,系统还包括传动装置和控制装置,传动装置包括控制转台13水平旋转运动的第一传动装置(如图3所示)和控制太阳能电池板16俯仰运动的第二传动装置(如图5所示),第一传动装置包括第一蜗杆轴1、第一涡轮2、齿轮 A3、齿轮 B4和第一电机5,第一电机5的轴上固定有齿轮 B4,齿轮 B4与齿轮 A3啮合,同时与齿轮 A3同轴设有第一涡轮2,第一涡轮2与第一蜗杆轴1啮合,第一蜗杆轴1以法兰盘与转台13相连,以实现转台13的水平旋转运动,图4为水平旋转运动的俯视简易示意图,第二传动装置包括第二蜗杆轴6、第二涡轮7、齿轮 C8、齿轮 D9和第二电机10 ,第二电机10的轴上固定有齿轮 D9,齿轮 D9与齿轮 C8啮合,第二涡轮7与齿轮 C8同轴,第二涡轮7与第二蜗杆轴6啮合,第二蜗杆轴6穿过转台13,太阳能电池板16安装在第二蜗杆轴6的两端,以实现太阳能电池板16的俯仰运动,图5为俯仰运动的侧视简易示意图,控制装置包括光线过滤装置、图像采集装置、上位监控机、下位控制器,光线过滤装置安装在图像采集装置上,用于过滤太阳光,图像采集装置安装在上位监控机上,用于采集太阳的图像,并传送给上述监控机,上位监控机用于处理太阳的图像,并计算得到太阳在图像中的位置及太阳光线和光伏面板垂直方向的角度信息,同时集中监控GSM 模块的短信接收和发送,实现对下位控制器的编程和调试,上位监控机和下位控制器之间通过OPC 通讯电缆连接,下位控制器接收上位监控机发送的太阳的位置和角度信息,经过处理后将处理好的信号发送给传动装置的第一电机5和第二电机10,从而控制转台13的水平旋转运动和太阳能电池板16的俯仰运动,若图像采集装置检测不到太阳的信息,则在上位监控机中的已编程序中手动键入当地时间、当地经纬度和北京时间,进而计算出太阳当前的高度角、方位角后,通过 OPC 通讯电缆传送给下位控制器,驱动模块运行,从而控制转台13的水平旋转运动和太阳能电池板16的俯仰运动。涡轮是传递动力并且噪声更小,本系统增加了图像采集装置,以被动追日系统为出发点,利用影像补偿技术修正被动追日系统的误差,不仅大幅度提高了追日的精准度,而且精准度的提高与被动追日系统的机构的精度无关,所以成本得到有效控制,在采集不到太阳的图像信息时,则采用视日轨迹跟踪方式运行整个系统。
其中底座15上形成有一拱形桥,转台13置于拱形桥上。转台13坐落在一拱形桥上,水平旋转工作时稳定性更高。图面采集装置为USB CCD摄像头,上位监控机为家用电脑,下位控制器为PLC控制器,OPC 通讯电缆为西门子PPI编程电缆。本系统选用普通的 USB CCD摄像头作为图像采集设备,既经济划算又操作方便,同时还可以满足系统的精度和技术要求。利用普通家用电脑作为上位监控机,安装 LabVIEW 虚拟仪器软件用于实现图像的采集和处理,GSM 模块的短信接收和发送以及系统的集中监控。安装STEP7 MicroWIN 软件用于实现对下位机 PLC 控制器的编程和调试,安装 OPCSERVERS 软件用于实现上位机和下位机之间的 OPC 通讯。本系统采用西门子 S200 PLC 作为下位机控制器。采用西门子 PPI编程电缆作为 OPC 通讯电缆,实现上位监控机和下位控制器之间的通讯。
上位监控机中还设有角度编码器,用于检测实际转动角度与理论转动角度之间的差值,从而进行调整转台13和太阳能电池板16的位置。进一步提高了追日的精准度。
第一电机5和第二电机10有各自独立控制的驱动模块。两个驱动模块各自控制,互不干涉,使得追日系统的精度进一步提高。
底座15可以设计成方型,此设计使整个装置在放置的时候更加稳固,避免风与冲击力过大。同时整个系统上可以加上罩壳,可以抵挡雨水的侵蚀。
在本系统的机械构成中,电机是提供动力以实现水平旋转和俯仰两种运动;齿轮是传递动力改变转速,涡轮是传递动力并且噪声更小,涡轮杆与涡轮搭配传动精度高,实现俯仰运动;转台与蜗杆轴配合,实现水平旋转运动;太阳能电池板用于吸收太阳能,控制转台13水平旋转运动的第一传动装置和控制太阳能电池板16俯仰运动的第二传动装置的驱动模块的电机驱动力分别来自相互独立的控制柜控制,控制柜中系统是基于 ADRC 设计的,可更精确地反馈实施,达到效率最大,它是本发明基于视觉所研发的系统中必不可少的部分,在第二蜗杆轴的两端还可以装有两块方形板,无自由度,太阳能电池板便可放置于这两块方形板上。
下面根据图7来说明下本发明的系统的基本运作过程:
首先太阳光照射在光线过滤装置上,由图像采集装置采集太阳图像信息,通过 上位监控机中的LabVIEW 软件对采集到的图像进行图像处理,计算得到太阳在图像中的位置及太阳光线和光伏面板垂直方向的角度信息。通过 OPC 通讯方式将该信息送给下位控制器。控制器接收此信号,经过处理后将处理好的信号发送给传动装置的电动机的驱动模块,使电机驱动转台和太阳能电池板旋转至其对应的位置,再由角度编码器检测实际转动角度与理论转动角度之间的差值,并且将该误差反馈给控制器,进而调整太阳能电池板的位置;当遇到恶劣的天气等图像采集装置检测不到太阳的位置信息时,则启动视日轨迹跟踪的方法,根据存储的参数利用公式计算出此时太阳的高度角和方位角,达到跟踪的目的。
该系统还设有手动控制开关和限位开关。手动控制,可以人为控制装置的开机、关机以及太阳能电池板16角度的调整;限位开关是保护整个系统在安全范围内运行,若是触发了限位开关则表示系统以达到最大的运行限度,此时系统会停止运行以此来保护装置。
如图7 所示为本发明的一种基于机器视觉的光伏面板追日系统的控制方法,具体步骤如下:
S1. 系统初始化,
S2. 根据系统时钟判断白天还是黑夜,如果是白天,则运行S3,如果是黑夜,则复位电机,系统进入休眠;
S3. 图像采集装置采集太阳图像信息,光线过滤装置如果检测到太阳,则运行S4,如果未检测到太阳,则判定天气为阴雨状态,系统按照视日轨迹追踪方式运行;
S4. 通过上位监控机中安装的LabVIEW 软件对采集到的图像进行图像处理,计算得到太阳在图像中的位置及太阳光线和太阳能电池板垂直方向的角度信息后运行S5;
S5. 通过OPC 通讯电缆将上述关联信息传送给下位控制器,下位控制器接收上述信息,经过处理后将处理好的信号发送给传送装置的电机驱动模块,使电机驱动整个传送装置,将转台水平旋转至其对应的位置,将太阳能电池板调至其对应的位置后,则运行S6;
S6. 检测太阳能电池板的位置是否在极限位置,如果在极限位置,则运行S2,如果不是极限位置,则运行S3。
在所述步骤S5后,由角度编码器检测实际转动角度与理论转动角度之间的差值,如果有差值,则将该误差反馈给下位控制器,进而进一步调整太阳能电池板的位置后,再运行S6。
所谓视日轨迹追踪方式,又称被动追踪方式,即通过对太阳和地球相对位置的了解,得出当前的变化值,然后再根据所设计的计算器得出当前太阳的位置变化函数,之后将函数发送给控制器,最后使电动机工作达到所需目的。在本发明的系统中,用户在上位监控机中的LabVIEW 软件编制的程序太阳方位计算器中键入当地时间、当地经纬度和北京时间,进而计算出太阳当前的高度角、方位角后,通过 OPC 通讯电缆传送给下位控制器,控制传动装置运行。
但是地球的围绕太阳公转和地球自己的自转使得太阳相对于地面的位置无时不刻都在改变,若我们想要描述太阳的位置,设高度角α、方位角γ,由这两个参数我们便可以确定太阳的位置(如图8所示)。
太阳高度角与方位角的计算:
首先需要知道的参数有:太阳直射点,太阳赤纬,太阳直射点就是太阳光线和地平面交点,太阳赤纬即上述的直射点对应的地球纬度,可以记作δ。其公式为:
δ=23.45sin[360(284+n)/365,其中n表示天数,例如2月15日,n为46。
在计算太阳所在位置时,一般采用的时间为当地的太阳时,即当地中午12时太阳处于一天中最高的位置,这时太阳光线正好穿过地球子午线,这个时间和北京时间有出入,而我们需要将其转换成北京时间,转换公式为:
Hs=Hls+E/60±(Lsm-Llso)/15,其中Hs表示标准时间所处地方的地理纬度,这里所指的便是北京的地理纬度。
该式中,E表示时差,由于地球绕日公转以及标准时间之间的修正值,用分钟作为单位,其计算公式如下:
E=9.87sin2B-7.53cosB-1.5sinB,其中B按照下面的计算公式:B=360(n-81)/364
太阳的时角用ω表示,当处于正午的时候ω为0°,上午记作负值,下午记作正值,ω计算公式为:ω=15°(Hs-12),
综上所述,太阳的高度角α和太阳的方位角γ的计算公式为:
α=arcsin(sinΦsinδ+cosΦcosδcosω)
γ=arcos[(sinαsinΦ-sinδ)/coshcosΦ)]
将上述公式计算得到的太阳的高度角α和太阳的方位角y依次输入LabVIEW软件中编制的太阳方位计算器中,用于计算视日轨迹追踪,根据键入时间、经纬度等参数,就可以计算出太阳的位置,进而把计算出的高度角、方位角由上位监控机通过OPC通讯方式传送给PLC控制器,从而驱动传动装置,控制太阳能电池板和转台运转至相应的位置,以便更高效率的利用太阳能。
对上述内容总结下:首先根据系统时钟判断白昼信息,如果处于晚上,则系统处于休眠状态。如果处于白天,则图像采集装置开始运行,由 LabVIEW 软件对采集到的图像进行处理,如果没有找到太阳信息,则判定天气为阴雨状态,系统按照视日轨迹进行追踪,若找到太阳信息,则系统按照视觉方式追踪。将视日轨迹追踪方式和视觉方式相结合,将太阳能效率利用最大化,保证了发电的持续性。
现实中的情况多种多样可以根据不同的实际情况,做出对应的改变。
本发明的有益效果是: 本发明的系统及其控制方法将视觉识别技术应用于追日系统当中,解决了传统追日系统(采用光敏电子或光电二极管检测)精度较低,可靠性不高的问题,采用双轴模式即是太阳能电池板可以实现俯仰和水平旋转两个维度上的运动,实现实时跟踪,利用影像补偿技术修正(角度编码器)追日系统的误差,不仅大幅度提高了追日的精准度,而且精准度的提高与整个系统的机械部分的结构精度无关,所以成本得到有效控制。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作任何其他形式的限制,而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化,仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,包括底座,转台和太阳能电池板,所述转台安装在所述底座上,所述太阳能电池板上安装有光电检测模块,其特征在于,所述系统还包括传动装置和控制装置,所述传动装置和所述控制装置之间连接有驱动模块,
所述传动装置包括控制所述转台水平旋转运动的第一传动装置和控制所述太阳能电池板俯仰运动的第二传动装置,所述第一传动装置包括第一蜗杆轴、第一涡轮、齿轮 A、齿轮 B和第一电机,所述第一电机的轴上固定有所述齿轮 B,所述齿轮 B与所述齿轮 A啮合,同时与所述齿轮 A同轴设有所述第一涡轮,所述第一涡轮与所述第一蜗杆轴啮合,第一蜗杆轴以法兰盘与所述转台相连,以实现所述转台的水平旋转运动,所述第二传动装置包括第二蜗杆轴、第二涡轮、齿轮 C、齿轮 D和第二电机 ,所述第二电机的轴上固定有所述齿轮D,所述齿轮 D与所述齿轮 C 啮合,所述第二涡轮与所述齿轮 C同轴,所述第二涡轮与所述第二蜗杆轴啮合,所述第二蜗杆轴穿过所述转台,所述太阳能电池板安装在所述第二蜗杆轴的两端,以实现太阳能电池板的俯仰运动,
所述控制装置包括光线过滤装置、图像采集装置、上位监控机、下位控制器,所述光线过滤装置安装在所述图像采集装置上,用于过滤太阳光,所述图像采集装置安装在所述上位监控机上,用于采集太阳的图像,并传送给所述上述监控机,所述上位监控机用于处理太阳的图像,并计算得到太阳在图像中的位置及太阳光线和光伏面板垂直方向的角度信息,同时集中监控GSM 模块的短信接收和发送,实现对所述下位控制器的编程和调试,所述上位监控机和下位控制器之间通过OPC 通讯电缆连接,所述下位控制器接收所述上位监控机发送的太阳的位置和角度信息,经过处理后将处理好的信号发送给所述驱动模块,驱动第一电机和所述第二电机,从而控制转台的水平旋转运动和太阳能电池板的俯仰运动,若所述图像采集装置检测不到太阳的信息,则在所述上位监控机中的已编程序中手动键入当地时间、当地经纬度和北京时间,进而计算出太阳当前的高度角、方位角后,通过 OPC 通讯电缆传送给所述下位控制器,驱动模块运行,从而控制转台的水平旋转运动和太阳能电池板的俯仰运动。
2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,其特征在于,所述底座上形成有一拱形桥,所述转台置于拱形桥上。
3.如权利要求2所述的一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,其特征在于,所述图面采集装置为USB CCD摄像头,所述上位监控机为家用电脑,所述下位控制器为PLC控制器,所述OPC 通讯电缆为西门子PPI编程电缆。
4.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,其特征在于,上位监控机中还设有角度编码器,用于检测实际转动角度与理论转动角度之间的差值,从而进行调整所述转台和所述太阳能电池板的位置。
5.如权利要求1-4任意一项所述的一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,其特征在于,该系统还设有手动控制开关和限位开关。
6.如权利要求5所述的一种基于机器视觉的光伏面板追日系统,其特征在于,所述第一电机和所述第二电机有各自独立控制的驱动模块。
7.一种权利要求4-6任意一项基于机器视觉的光伏面板追日系统的控制方法,其特征在于,所述控制方法步骤如下:
S1. 系统初始化,
S2. 根据系统时钟判断白天还是黑夜,如果是白天,则运行S3,如果是黑夜,则复位电机,系统进入休眠;
S3. 图像采集装置采集太阳图像信息,光线过滤装置如果检测到太阳,则运行S4,如果未检测到太阳,则判定天气为阴雨状态,系统按照视日轨迹追踪方式运行;
S4. 通过上位监控机中安装的LabVIEW 软件对采集到的图像进行图像处理,计算得到太阳在图像中的位置及太阳光线和太阳能电池板垂直方向的角度信息后运行S5;
S5. 通过OPC 通讯电缆将上述关联信息传送给下位控制器,下位控制器接收上述信息,经过处理后将处理好的信号发送给传送装置的电机驱动模块,使电机驱动整个传送装置,将转台水平旋转至其对应的位置,将太阳能电池板调至其对应的位置后,则运行S6;
S6. 检测太阳能电池板的位置是否在极限位置,如果在极限位置,则运行S2,如果不是极限位置,则运行S3。
8.如权利要求7所述的一种基于机器视觉的光伏面板追日系统的控制方法,其特征在于,在所述步骤S5后,由所述角度编码器检测实际转动角度与理论转动角度之间的差值,如果有差值,则将该误差反馈给下位控制器,进而进一步调整太阳能电池板的位置后,再运行S6。
9.如权利要求8所述的一种基于机器视觉的光伏面板追日系统的控制方法,其特征在于,所述视日轨迹追踪方式为在上位监控机中的LabVIEW 软件编制的程序中键入当地时间、当地经纬度和北京时间,进而计算出太阳当前的高度角、方位角后,通过 OPC 通讯电缆传送给下位控制器,控制所述传动装置运行。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112466124A (zh) * 2020-11-30 2021-03-09 重庆长安汽车股份有限公司 前视摄像头使用场景优化方法、系统、车辆及存储介质
CN117906090A (zh) * 2024-03-18 2024-04-19 常州索霖能源科技有限公司 一种能追踪阳光的太阳能路灯

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