基于dsp和ccd的太阳角度偏差检测仪

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1、电子测量技术第３５卷第５期研究与设计ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１２年５月基于ＤＳＰ和ＣＣＤ的太阳角度偏差检测仪周亚光１２滕继涛（１．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京１００１９１；２．空军装备研究院通信所北京１０００８５）摘要：为了提高太阳能的利用率，以ＤＭ６４２为核心芯片研制了一种基于ＤＳＰ和ＣＣＤ的太阳角度偏差检测仪。对太阳角度偏差检测仪的原理进行了阐述，设计了相应的整体框架并完成软硬件的开发，图像处理中利用了阈值分割法拟合中心，最后设计搭建了模拟光源实验平台，将该系统进行了

2、标定和测试。测试后将计算角度与显示角度进行了对比，误差较小，表明该系统有较高的检测精度，具有较强的实用性，可用于太阳能设备的相关检测。关键词：ＤＳＰ；ＣＣＤ；太阳角度偏差检测；标定中图分类号：ＴＨ７１２文献标识码：ＡＤｅｓｉｇｎｏｆｓｕｎａｎｇｌｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＤＳＰａｎｄＣＣＤ１２ＺｈｏｕＹａｇｕａｎｇＴｅｎｇＪｉｔａｏ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉ

3、ｎｇ１００１９１；２．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８５）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ｔｈｅｓｅｔｏｆｓｕｎａｎｇｌｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＤＳＰａｎｄＣＣＤｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅＤＭ６４２ａｓａｃｏｒｅ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｓｕｎａｎｇｌｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｆ

4、ｒａｍｅｗｏｒｋａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｄｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａｓｉｍｕｌａｔｅｄｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈｓｙｓｔｅｍｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔｉｎｇ．Ａｔｔｈｅｆｉｎａｌａｎａｌｙｚｅｄｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｓｔｒｏｎｇｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙａｎｄｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄｉｎｓｏｌａｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔ

5、ｅｓｔｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＳＰ；ＣＣＤ；ｓｕｎａｎｇｌｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ根据几何关系，由光斑的位置可以计算出入射光线的方向：０引言ｈ烄α＝ａｒｃｔａｎ研究设计１套太阳跟踪角度偏差检测仪对于有效解决ｘ２２槡０＋ｙ０（１）太阳利用率低的问题有很大的现实意义［１］，而太阳角度偏烅ｙ０差的检测则是该系统的基础［２］。本文设计的太阳角度偏差β＝ａｒｃｔａｎ烆ｘ０检测仪是以增强设备实用性为目标，在保证一定精度和可靠性前提下，实现体积小、重量轻、功耗低等要求，采用了技术相对成熟的ＣＣＤ图像

6、传感器和ＤＭ６４２处理芯片，来完成对太阳跟踪角度偏差的测量。１太阳跟踪角度偏差检测仪原理太阳跟踪角度偏差检测仪的基本原理是类似于日晷［３］。根据光的直线传播，可以建立１个简单的模型，如图图１检测仪原理模型１所示。假设在１个全封闭圆柱体的上表面开１个小孔Ｐ，当有光线从小孔进入时，可以在内部的底面ＸＯＹ平面形成１个ｘ０是ＯＮｘ的距离，ｙ０是ＯＮｙ的距离，ｈ是小孔距成像光斑，光斑的中心为Ｎ，在Ｘ坐标轴上的投影是Ｎｘ，在Ｙ轴平面的距离，α为入射光高度角，β为入射光方位角。上的投影是Ｎｙ，假设小孔是位于１个正中心的位置，那么由于太阳距地

7、球非常遥远，因此太阳光可以看成是平行光，在通过小孔后，在接收面上呈现的亮斑，实际上是由本文于２０１２年３月收到。·３３·第３５卷电子测量技术许许多多个小单元组成的，光斑中心并不会恰好落在某个太阳光经过小孔及光学系统后，在接收平面毛玻璃上像素点上［４］，因此需要采取一种计算方法来确定太阳光斑有太阳光斑。通过ＣＣＤ摄像机对此亮斑进行捕获，ＣＣＤ的中心。参考物理学中求取非均匀密度物体质心的方法，摄像机随后把数据传入视频解码芯片ＴＶＰ５１５０中，可以初步拟定一种加权平均的公式来确定光斑的亮度中ＴＶＰ５１５０主要功能是将ＣＣＤ摄像头采集

8、输入的模拟数据心。公式如下：视频数据进行Ａ／Ｄ转换，把模拟视频转换成数字视频ＢＴ．ｎ６５６流格式传输给ＤＭ６４２芯片。整个图像处理和数据的ｘ·Ｆｉ烄∑计算都由ＤＭ６４２来完成［５］；ＳＤＲＡＭ和ＦＬＡＳＨ提供数据ｉ＝１ｘ０＝ｎ和程序的存储空间，掉电后不会丢失程序；电源模块给∑