基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统及方法，系统包括光伏面板、视觉相机、控制主板和驱动机构，所述驱动机构包括双头驱动电机、第一转轴、第一离合器、第二离合器和驱动桩，所述控制主板和双头驱动电机均安装在所述驱动桩上，所述驱动桩内设有竖直的第二转轴，所述第一转轴与第二转轴连接，所述光伏面板和所述视觉相机均设置在所述第一转轴上，所述双头驱动电机一端通过所述第一离合器与所述第一转轴连接，所述双头驱动电机另一端通过所述第二离合器与所述第二转轴连接，所述控制主板根据视觉相机拍摄的太阳图像，获取太阳位置，并通过控制驱动机构带动光伏面板转动面向太阳，实现太阳追踪。本发明专利技术结构更简单，控制更简单。控制更简单。控制更简单。

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统及方法


[0001]本专利技术涉及光伏技术，尤其涉及一种基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统及方法。

技术介绍

[0002]人类生活离不开能源，近代以来由于科技的飞速发展，人类对能源的需求与日俱增，传统能源如煤炭、石油、天然气作为目前的主要能源，一方面容易造成污染，对生态环境产生威胁，另一方面其本身属于不可再生能源，其不断消耗将导致能源危机，因而长期以来人类都在寻求新的能源利用方式，如核能、水电、风电、太阳能等等新型能源。
[0003]太阳能作为新型能源中的一类，具备广大的应用潜力，光伏发电是一种将太阳能转化为电能的发电系统，是目前人类直接利用太阳能的主要方式，但太阳作为能源来源，具备独特的特点：首先，太阳的光照强度随着时间、空间的变化差别很大，在夜晚可忽略不计，因此光伏发电系统只能在白昼工作；其次，太阳的高度根据纬度变化，方向则根据时间发生变化。由于太阳位置的变化，太阳能电池板的最大功率点也会随之变化，这对于光伏系统的效率和输出功率构成了挑战。为了更好地转化能量，避免太阳位置变化导致的能量浪费，光伏系统应时刻调整光伏面板朝向以追踪太阳位置，获得最佳发电效率。
[0004]公开号为CN110989696 A的文献公开了一种基于机器视觉的光伏面板追日系统及其控制方法，该系统将双轴追日结构和闭环追日方法结合起来，所采用的双轴追日结构实现了同时追踪太阳的高度角与位置角，追踪能力较强，但结构较为复杂，采用两个电机分别控制，成本相对较高；所采用的闭环追日方法在判别光伏面板是否正对太阳时，需要每次将机器视觉获取的太阳图像计算出太阳位置，再与当前的光伏面板角度进行对比，判别是否需要调整，控制算法较为复杂，导致精度有待提高。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种结构更简单、控制方法更简单基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统及方法。
[0006]技术方案：本专利技术所述的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统包括光伏面板、视觉相机、控制主板和驱动机构，所述驱动机构包括双头驱动电机、第一转轴、第一离合器、第二离合器和驱动桩，所述控制主板和双头驱动电机均安装在所述驱动桩上，所述驱动桩内设有竖直的第二转轴，所述第一转轴与第二转轴连接，并在第二转轴自身转动时带动第一转轴水平方向转动，所述光伏面板和所述视觉相机均设置在所述第一转轴上，所述双头驱动电机一端通过所述第一离合器与所述第一转轴连接，并在所述第一离合器闭合时带动所述第一转轴转动，所述双头驱动电机另一端通过所述第二离合器与所述第二转轴连接，并在所述第二离合器闭合时带动所述第二转轴转动，所述控制主板用于根据视觉相机拍摄的太阳图像，获取太阳位置，并通过控制双头驱动电机、第一离合器和第二离合器带动光伏面板转动面向太阳，实现太阳追踪。
[0007]进一步的，所述第一转轴通过第一齿轮机构与所述第一离合器连接，所述第一齿轮机构包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮套在所述第一转轴外，所述第二齿轮与所述第一离合器的输出端相嵌合。
[0008]进一步的，所述第二转轴通过第二齿轮机构与所述第二离合器连接，所述第二齿轮机构包括相互啮合的第三齿轮和第四齿轮，所述第四齿轮套在所述第二转轴外，所述与所述第二离合器的输出端相嵌合。
[0009]进一步的，所述控制主板包括主控制器和与主控制器连接的电机驱动器。
[0010]进一步的，所述第一离合器、所述第二离合器均为电磁离合器。
[0011]进一步的，所述主控制器具体包括：
[0012]图像处理模块，用于从视觉相机拍摄的太阳图像中，识别太阳中心位置，若太阳中心位置与太阳图像中心位置不重合，则计算光伏面板的水平偏移角度和垂直偏移角度，生成调整指令；
[0013]通信模块，用于将调整指令发送至所述电机驱动器、第一离合器、第二离合器，调整光伏面板达到预设偏移角度，使得太阳中心位置回到太阳图像中心位置。
[0014]进一步的，所述图像处理模块采用阈值分割、Hough变换、Sobel算法、Canny算法中任一方法实现太阳中心位置的识别。
[0015]进一步的，所述系统还包括上位机，所述上位机与所述控制主板无线连接，所述上位机用于向所述控制主板发送时间和天气信息，以及接收控制主板发送的光伏面板调整记录信息。
[0016]本专利技术所述的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日方法，该方法基于上述系统实现，该方法包括：
[0017]S1、视觉相机拍摄太阳图像，并传输至控制主板；
[0018]S2、控制主板根据太阳图像识别太阳中心位置，若太阳中心位置与太阳图像中心位置不重合，则执行S3；若重合，则等待预设时间后执行S1；
[0019]S3、控制主板根据太阳中心位置与太阳图像中心位置计算光伏面板的水平偏移角度和垂直偏移角度；
[0020]S4、控制主板向所述驱动双头驱动电机、第一离合器、第二离合器发送调整指令，调整光伏面板达到预设偏移角度，使得太阳中心位置回到太阳图像中心位置；调整完执行步骤S1。
[0021]进一步的，所述步骤S4具体包括：
[0022]S41、控制主板向所述第一离合器发送闭合指令，向所述第二离合器发送打开指令，并向所述驱动双头驱动电机发送转动指令，控制所述驱动双头驱动电机转动使得光伏面板移动预设垂直偏移角度；
[0023]S42、控制主板向所述第一离合器发送打开指令，向所述第二离合器发送闭合指令，并向所述驱动双头驱动电机发送转动指令，控制所述驱动双头驱动电机转动使得光伏面板移动预设水平偏移角度。
[0024]有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0025](1)优化了双轴追日系统的结构，采用双出头电机作为双轴的驱动源，从而节约了一台电机以及相应的驱动器，并在此基础上进行结构优化，设计了更加精简的双轴追日系
统，在保证系统正常功能的同时，节约了成本并简化了系统的控制复杂度。
[0026](2)本专利技术采用机器视觉方法作为闭环控制系统的反馈，将视觉相机同步于光伏面板转动，因而只需保持太阳位于图像中心，即可满足控制需求，简化了算法目标。上述设计可以使得系统时刻保持高精度、高灵敏度的追踪，并且算法简单易行。
[0027](3)本专利技术的全部控制算法集成在主控制器内，不依赖于上位机进行，并且可与上位机或其他平台进行通信，因此具备良好的可扩展性，可以实现多组光伏的联动控制。此外，系统的自动化程度高，在工作过程中不需要人工参与。由于视觉相机安装在光伏系统上，因而在运行过程中，系统既能够拍摄天空图像，也可以通过旋转转轴的方式拍摄光伏板本身，从而具备提供更多环境信息、天气信息、光伏系统信息的能力。
附图说明
[0028]图1是本专利技术提供的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统的系统框图；
[0029]图2是本专利技术提供的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统的控制流程图；
[0030]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统，其特征在于：包括光伏面板(1)、视觉相机(2)、控制主板(3)和驱动机构，所述驱动机构包括双头驱动电机(4)、第一转轴(5)、第一离合器(6)、第二离合器(7)和驱动桩(8)，所述控制主板(3)和双头驱动电机(4)均安装在所述驱动桩(8)上，所述驱动桩(8)内设有竖直的第二转轴(9)，所述第一转轴(5)与第二转轴(9)连接，并在第二转轴(9)自身转动时带动第一转轴(5)水平方向转动，所述光伏面板(1)和所述视觉相机(2)均设置在所述第一转轴(5)上，所述双头驱动电机(4)一端通过所述第一离合器(6)与所述第一转轴(5)连接，并在所述第一离合器(6)闭合时带动所述第一转轴(5)转动，所述双头驱动电机(4)另一端通过所述第二离合器(7)与所述第二转轴(9)连接，并在所述第二离合器(7)闭合时带动所述第二转轴(9)转动，所述控制主板(3)用于根据视觉相机(2)拍摄的太阳图像，获取太阳位置，并通过控制双头驱动电机(4)、第一离合器(6)和第二离合器(7)带动光伏面板(1)转动面向太阳，实现太阳追踪。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统，其特征在于：所述第一转轴(5)通过第一齿轮机构与所述第一离合器(6)连接，所述第一齿轮机构包括相互啮合的第一齿轮(10)和第二齿轮(11)，所述第二齿轮(11)套在所述第一转轴(5)外，所述第二齿轮(11)与所述第一离合器(6)的输出端相嵌合。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统，其特征在于：所述第二转轴(9)通过第二齿轮机构与所述第二离合器(7)连接，所述第二齿轮机构包括相互啮合的第三齿轮(12)和第四齿轮(13)，所述第四齿轮(13)套在所述第二转轴(9)外，所述第三齿轮(12)与所述第二离合器(7)的输出端相嵌合。4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统，其特征在于：所述控制主板包括主控制器和与主控制器连接的电机驱动器。5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统，其特征在于：所述第一离合器(6)、所述第二离合器(7)均为电磁离合器。6.根据权利要求4所述的基于机器视觉的单电机双轴驱动光伏追日系统，其特征在于：所述主控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建飞，郭嘉民，陈冰清，邱鑫，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：