一种基于STM32的太阳跟踪器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于STM32的太阳跟踪器，该跟踪器具有两种可手动切换的跟踪模式：直射跟踪模式和角度跟踪模式，同时，该跟踪器还具有可自行切换的跟踪方式：传感器跟踪方式和太阳运行轨迹跟踪方式，这两种方式自行切换, 互相配合,实现了高精度的全天候太阳自动跟踪，两用太阳跟踪器的发明专利技术，可提高直接辐射、总辐射的测量准确度，也便于光谱仪测量的方便快捷。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太阳能跟踪器，尤其涉及一种基于STM32的太阳跟踪器，属于太阳监控领域。
技术介绍
目前，世界气象组织世界气候研究计划(WCRR)对地面辐射基准站网(BSRN)和少数国家已使用了高精度的太阳辐射传感器和太阳跟踪器,但是,目前世界多数国家仍采用简单的单轴跟踪装置作为太阳直接辐射的跟踪设备。直接辐射测量,由于太阳自动跟踪装置存在的问题,经常出现缺测、误测等现象,有些台站还因跟踪器的故障而多日不能观测,只能用理论计算来代替观测值,使得观测结果不具备客观性。而另一方面，在光谱仪测量使用过程中，由于需要不断调整仪器角度以寻求最佳测量条件，需要人工进行实时调节，消耗人力。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提供了一种基于STM32的太阳跟踪器。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案一种基于STM32的太阳跟踪器，包含微控制器模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟、继电器、步进电机、摄像头模块，所述步进电机包含高度角步进电机和方位角步进电机；所述摄像头模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟分别连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块的输出端通过继电器分别连接高度角步进电机和方位角步进电机的输入端，所述高度角步进电机和方位角步进电机的输出端连接摄像头模块的输入端。作为本技术基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案，所述微控制器模块的芯片型号为STM32F103。作为本技术基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案，所述矩阵键盘采用4*4矩阵键盘。作为本技术基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案，所述步进电机采用57步进电机。作为本技术基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案，所述TF彩屏采用3.2寸TFT显示屏。作为本技术基于STM32的太阳跟踪器的进一步优选方案，所述摄像头模块的芯片型号为OV2640。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本技术采用一维跟踪与二维跟踪方式的结合切换，具有全自动、全天候、跟踪精度高、不绕线等优点，通过使用该基于STM32的直射跟踪和角度跟踪的两用太阳跟踪器，能够提高太阳辐射和光谱测量观测的准确度,并大大减轻观测人员的劳动强度。附图说明图1是本技术的系统结构框图；图2是本技术的天球模型。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，一种基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于：包含微控制器模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟、继电器、步进电机、摄像头模块，所述步进电机包含高度角步进电机和方位角步进电机；所述摄像头模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟分别连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块的输出端通过继电器分别连接高度角步进电机和方位角步进电机的输入端，所述高度角步进电机和方位角步进电机的输出端连接摄像头模块的输入端。本技术针对太阳辐射观测台站直接辐射表跟踪不准和光谱仪需要时刻调整方位避免太阳直射等问题,设计了基于STM32的直射跟踪和角度跟踪的两用太阳跟踪器。成功解决了太阳辐射观测和太阳能利用中的效率的问题，和光谱仪使用过程中人力消耗的问题。在该技术中，解决其技术问题的必要技术特征是，两用太阳跟踪器具有两种可手动切换的跟踪模式：直射跟踪模式和角度跟踪模式，以及两种可自行切换的跟踪方式:传感器跟踪方式和太阳运行轨迹跟踪方式。其中，直射跟踪模式原理类似于现在已有的双轴全自动太阳跟踪器，控制仪器水平面与太阳直射光线保持垂直，通过调节二维转台实现空间内对太阳直射光线的跟踪。角度跟踪模式则是在直射模式的基础上，将摄像头与仪器之间的电机进行调节形成一定角度，并且可根据实际需求自动切换成一维转台控制仪器，以实现让观测仪器避免直射光线并和直射光线形成一固定投影角等用途。在跟踪方式的实现上，传感器跟踪方式是通过摄像头实时采样,上位机分析比较太阳光强的变化,从而驱动机械机构实现太阳跟踪的方式，上位机主要是对传感器的采集图像进行测量和处理,来判定偏差状态，从而将结果发送给STM32进行处理驱动电机作固定角度移动。而太阳运行轨迹跟踪方式是根据当地的地理位置和时间来确定太阳的位置进行跟踪太阳，一般在太阳辐照度较低，传感器跟踪模式难以响应太阳位置的变化时采用此种方法。在本系统里，这两种方式自行切换，互相配合，实现了高精度的全天候太阳的自动跟踪。当太阳辐照度较强时用光电传感器进行跟踪，当太阳光线弱时，则根据太阳运行轨迹时间函数确定太阳的位置。本技术中，采用STM32F103开发板作为硬件基础，通过对其编写程序实现控制。外设部分包含4*4矩阵键盘，3.2寸TFT显示屏，OV2640摄像头模块及57步进电机。其中，TFT显示屏用于显示摄像头所拍图像，便于固定和调节摄像头位置。矩阵键盘经过硬件焊接与开发板相连接实现通过按键的功能选择和控制。摄像头模块与开发板相连，STM32芯片通过串口通讯方式将图像传递给上位机。而上位机则通过MATLAB软件编程将所得图片进行处理。处理得到的数据由串口发送至单片机进行进一步的驱动。电机根据驱动内容作调节，进行一维转台或二维转台操作。整个设计形成一个闭环系统，另控制更加严密精准。在天文学上，太阳相对地球上某一点的视位置是可以近似计算的，太阳运行轨迹跟踪模式就是根据当地的经纬度坐标和时刻来确定太阳的位置，进而进行太阳跟踪的一种控制方式。一般在太阳辐照度较低，传感器跟踪模式难以响应太阳位置的变化时采用此种方法。太阳方位角和高度角的计算是基于天球模型实现的。假设以观察者的眼睛为球心,做一个无穷大的正球体，将所有天体包括太阳投影到天球的球面上，这个假象的球体就称为天球。这样，天体的具体位置就可以由其在天球上的投影所描述。如图2所示，在图中，O点是观测地点，L点是太阳位置。因此，PLZO构成了一个球面三角形，即H＝∠MOL，A＝∠SOM，其中，H为太阳高度角，A为太阳方位角。根据球面三角形定理,球面三角形边的余弦等于其他两边余弦的乘积，加上该两边正弦与其夹角余弦的乘积。即有:sin(∠TOL)sin(∠PON)+cos(∠TOL)cos(∠PON)cos(∠LPZ)(1)根据前面的说明，可以知道，其中，∠TOL是太阳的赤纬用δ表示，∠PON是观测地点的地理纬度用lat表示，∠LPZ是太阳当前所处的时角通常用τ表示。因此，得<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于：包含微控制器模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟、继电器、步进电机、摄像头模块，所述步进电机包含高度角步进电机和方位角步进电机；所述摄像头模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟分别连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块的输出端通过继电器分别连接高度角步进电机和方位角步进电机的输入端，所述高度角步进电机和方位角步进电机的输出端连接摄像头模块的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于：包含微控制器模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟、继电器、步进电机、摄像头模块，所述步进电机包含高度角步进电机和方位角步进电机；所述摄像头模块、矩阵键盘、TF彩屏、RTC时钟分别连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块的输出端通过继电器分别连接高度角步进电机和方位角步进电机的输入端，所述高度角步进电机和方位角步进电机的输出端连接摄像头模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于STM32的太阳跟踪器，其特征在于：所述微...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏杨，赵毛毛，代分分，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32