一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。由直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)速模塊、攝像頭采集模塊、電源模塊、ARM主控模塊、zigbee無(wú)線傳輸模塊和上位機(jī)模塊構(gòu)成，所述直流電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)速模塊相連，所述上位機(jī)模塊為手機(jī)。所述攝像頭采集模塊通過(guò)固定架安裝在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。通過(guò)以嵌入式ARM作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)攝像頭始終跟蹤光源。追蹤系統(tǒng)利用攝像頭進(jìn)行圖像采集，根據(jù)二值化以后的灰度圖像，確定兩個(gè)方向的偏差，采用模糊PID算法來(lái)分別控制兩個(gè)方向的偏差。通過(guò)高精度的永磁力矩直流電機(jī)精確控制其角位移，最終實(shí)現(xiàn)攝像頭實(shí)時(shí)精確地跟蹤光源中心。具有跟蹤速度快精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種能夠精確追S示光源中心的控制系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光源跟蹤技術(shù)可應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化控制方面，用光源信號(hào)作為引導(dǎo)信號(hào)，光源跟蹤裝置作出相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作；還可應(yīng)用到農(nóng)業(yè)方面，可用于園藝溫室、農(nóng)作物溫室，具體應(yīng)用內(nèi)容是光源跟蹤裝置可以檢測(cè)當(dāng)前最強(qiáng)光線的光照強(qiáng)度，采集當(dāng)前的溫度和光線強(qiáng)度等級(jí)，以供農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境檢測(cè)使用。此外，它在太陽(yáng)能光伏組件的發(fā)電中應(yīng)用非常廣泛，利用對(duì)太陽(yáng)的追蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的充分利用，緩解能源危機(jī)，同時(shí)在空間科技、軍事、冶金、輕工、機(jī)電工程及交通管理等領(lǐng)域起著舉足輕重的的作用。未來(lái)還可用于月光聚焦的照明系統(tǒng)以及其他對(duì)各種光源的追蹤。
[0003]光源跟蹤裝置在高科技領(lǐng)域有著如此廣泛的應(yīng)用，但目前的大多是光源中心追蹤裝置跟蹤效率比較低、反應(yīng)慢、跟蹤時(shí)間長(zhǎng)、跟蹤精度差、故障率高、壽命短。為改善傳統(tǒng)光源追蹤的缺點(diǎn)，目前是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有光源跟蹤裝置跟蹤效率比較低的不足。
[0006]一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)，由直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)速模塊、攝像頭采集模塊、電源模塊、ARM主控模塊、zigbee無(wú)線傳輸模塊和上位機(jī)模塊構(gòu)成,所述直流電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)速模塊相連，攝像頭采集模塊、zigbee無(wú)線傳輸模塊、測(cè)速模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與ARM主控模塊相連。上位機(jī)模塊通過(guò)zigbee無(wú)線傳輸模塊與ARM主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0007]所述直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)速模塊設(shè)有兩組。
[0008]所述上位機(jī)模塊為手機(jī)。
[0009]所述攝像頭采集模塊通過(guò)固定架安裝在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):通過(guò)以嵌入式ARM作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)攝像頭始終跟蹤光源。追蹤系統(tǒng)利用攝像頭進(jìn)行圖像采集，根據(jù)二值化以后的灰度圖像，確定兩個(gè)方向的偏差，采用模糊PID算法來(lái)分別控制兩個(gè)方向的偏差。通過(guò)高精度的永磁力矩直流電機(jī)精確控制其角位移，最終實(shí)現(xiàn)攝像頭實(shí)時(shí)精確地跟蹤光源中心。具有跟蹤速度快精度聞的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)具有廣泛的市場(chǎng)前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0012]圖中:1、直流電機(jī)2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 3、測(cè)速模塊 4、攝像頭采集模塊 5、電源模塊 6、ARM主控模塊 7、zigbee無(wú)線傳輸模塊 8、上位機(jī)模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0014]一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)，由直流電機(jī)1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2、測(cè)速模塊3、攝像頭采集模塊4、電源模塊5、ARM主控模塊6、Zigbee無(wú)線傳輸模塊7和上位機(jī)模塊8構(gòu)成，所述直流電機(jī)I與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2、測(cè)速模塊3相連，攝像頭采集模塊4、zigbee無(wú)線傳輸模塊7、測(cè)速模塊3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2分別與ARM主控模塊6相連。上位機(jī)模塊8通過(guò)zigbee無(wú)線傳輸模塊7與ARM主控模塊6進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0015]所述直流電機(jī)1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2、測(cè)速模塊3設(shè)有兩組，實(shí)現(xiàn)前后左右四方形協(xié)同調(diào)節(jié)。
[0016]所述上位機(jī)模塊8為手機(jī)，方便用戶控制。
[0017]所述攝像頭采集模塊4通過(guò)固定架安裝在直流電機(jī)I的轉(zhuǎn)軸上。
[0018]追蹤光源中心的控制系統(tǒng)采用的高精度永磁力矩直流電機(jī)I能夠精確控制其角位移；追蹤光源中心的控制系統(tǒng)利用數(shù)碼攝像頭采集太陽(yáng)圖像信息，根據(jù)二值化以后的灰度圖像，確定兩個(gè)方向的偏差，采用模糊PID算法實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)比例P、積分1、微分D三個(gè)參數(shù)，能夠準(zhǔn)確控制兩個(gè)方向的偏差，最終實(shí)現(xiàn)攝像頭實(shí)時(shí)精確地跟蹤光源中心；
[0019]使用zigbee無(wú)線傳輸模塊7進(jìn)行通訊。由于ZigBee價(jià)格便宜,功耗較低、數(shù)據(jù)傳輸速率高且比較穩(wěn)定，適用于近距離的無(wú)線組網(wǎng)通訊。它能夠克服有線通訊需要有線的傳輸媒介的參與，其有可能影響儀器的工作效率和結(jié)果。
[0020]通過(guò)無(wú)線通信，上位機(jī)模塊8可以準(zhǔn)確監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況及參數(shù)設(shè)置；
[0021]采用當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)的高頻調(diào)制技術(shù)的可調(diào)式電源模塊5，它通過(guò)觸控開(kāi)關(guān)控制調(diào)節(jié)輸出電壓?？烧{(diào)直流穩(wěn)壓電源具有健全的保護(hù)電路，可連續(xù)設(shè)置并可預(yù)見(jiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流。
[0022]用性能比較好的高清數(shù)字?jǐn)z像頭ov9653。用ARM控制0V9653功能寄存器，以中斷方式同步圖像輸出，由ARM的中斷引腳控制攝像頭采集模塊4的0V9653圖像輸出同步信號(hào)VSYNC、HSYNC、PCLK。
[0023]根據(jù)控制量產(chǎn)生的參考直流電機(jī)I速度與測(cè)速模塊3反饋回來(lái)的實(shí)際直流電機(jī)I轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較后，由ARM產(chǎn)生相應(yīng)PWM信號(hào)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2調(diào)節(jié)電機(jī)速度。
[0024]本實(shí)用新型的使用方法:當(dāng)通過(guò)上位機(jī)模塊8和ARM主控模塊6之間通過(guò)zigbee無(wú)線傳輸模塊7設(shè)定相關(guān)參數(shù)后。首先ARM主控模塊6開(kāi)始初始化，緊接著攝像頭采集模塊4初始化，最后zigbee無(wú)線傳輸模塊7初始化。等待其他模塊都初始化完畢后，使用攝像頭采集模塊4進(jìn)行圖像采集，通過(guò)設(shè)定采集圖像的行數(shù)、列數(shù)、閾值后，通過(guò)USB總線把數(shù)據(jù)傳輸給ARM主控模塊6。接下來(lái)ARM主控模塊6進(jìn)行濾波處理。濾波過(guò)程是:如果該點(diǎn)的灰度值與周?chē)袼氐钠骄迪嗖詈艽?，則視為噪聲，用平均值代替，否則保持原像素。濾波過(guò)后ARM主控模塊6進(jìn)行二值化處理，計(jì)算并提取光源中心的坐標(biāo)。通過(guò)計(jì)算太陽(yáng)中心與圖像中心的水平誤差和垂直誤差，再配合模糊PID控制算法，在線調(diào)節(jié)比例、積分、微分三個(gè)系數(shù)，從而得到水平誤差和垂直誤差的控制量。根據(jù)位置偏差的大小控制量產(chǎn)生PWM信號(hào)控制直流電機(jī)I的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速。最后通過(guò)判斷垂直、水平誤差是否為O來(lái)選擇下一步的工作。若偏差不為O，則轉(zhuǎn)向攝像頭采集模塊4繼續(xù)進(jìn)行圖像采集，經(jīng)處理后再次判斷偏差是否為O，直至兩個(gè)方向的偏差為O，則追蹤光源中心的任務(wù)完成。接下來(lái)準(zhǔn)備下一次的追蹤。
【權(quán)利要求】
1.一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)，由直流電機(jī)(I)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(2)、測(cè)速模塊(3 )、攝像頭采集模塊(4 )、電源模塊(5 )、ARM主控模塊(6 )、z igbee無(wú)線傳輸模塊(7 )和上位機(jī)模塊(8 )構(gòu)成，其特征是:所述直流電機(jī)(I)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(2 )、測(cè)速模塊(3 )相連，攝像頭采集模塊(4)、zigbee無(wú)線傳輸模塊(7)、測(cè)速模塊(3)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(2)分別與ARM主控模塊(6 )相連，上位機(jī)模塊(8 )通過(guò)zigbee無(wú)線傳輸模塊(7 )與ARM主控模塊(6 )進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，直流電機(jī)(I)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(2 )、測(cè)速模塊(3 )設(shè)有兩組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)，其特征是:所述上位機(jī)模塊(8)為手機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠精確追蹤光源中心的控制系統(tǒng)，其特征是:所述攝像頭采集模塊(4 )通過(guò)固定架安裝在直流電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)軸上。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK203812050SQ201420000591
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】周乃義, 劉國(guó)平, 譚銀朝, 李抗, 韓正云 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院