基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置及方法与流程

[0001]
本发明属于新能源技术领域，特别是涉及一种基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置及方法。


背景技术：

[0002]
目前，对于不同家庭以及工厂企业，较为能够便捷利用的新能源主要还是太阳能。太阳能采集通常采用太阳能光伏板，而太阳能光伏板采集太阳能的效率受到太阳能光伏板的朝向以及太阳光与太阳能光伏板的夹角的影响。太阳能光伏板如果能够时刻保持正向太阳且太阳光直射在太阳能光伏板上，则能够最大化实现太阳能采集效率。如何保证太阳能保持正向太阳以及太阳光直射太阳能光伏板是提高太阳能采集效率的关键。
[0003]
为解决上述问题，提供一种基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置及方法。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置及方法，用于解决背景技术中提出的问题。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006]
本发明为基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置，包括：远程控制终端、采集控制终端以及采集装置；所述采集装置包括支撑座、转动支架、滑杆投影结构、太阳能板、伺服电机、摄像头以及电动伸缩杆；所述支撑座包括支撑底盘以及支撑环；所述支撑环与支撑底盘通过若干支撑柱同轴心连接；所述支撑环内周侧同轴心开设环形滑槽；
[0007]
所述转动支架包括t形支撑杆、水平滑轨以及竖杆；所述t形支撑杆的三端均滑动安装在环形滑槽内；所述t形支撑杆交叉部位底部通过转动轴转动安装在支撑底盘中心位置；所述水平滑轨垂直安装在t形支撑杆的第一横杆侧面；所述电动伸缩杆垂直安装在t形支撑杆的第二横杆上；两所述竖杆垂直安装在第一横杆上；两所述竖杆的顶端均铰接在太阳能板的底面；所述电动伸缩杆输出端滑动连接在太阳能板底部开设的限位滑槽内；所述伺服电机驱动转动支架转动；
[0008]
所述滑杆投影结构包括竖直滑杆以及l形投影板；所述竖直滑杆底部滑动安装在水平滑轨上；所述竖直滑杆一侧开设竖直滑道；所述太阳能板一侧通过连接轴滑动安装在竖直滑道内；所述l形投影板的横板垂直安装在竖直滑杆侧面；所述l形投影板的竖板侧面中间位置开设竖直标线槽；所述l形投影板的竖板侧面开设与竖直滑杆顶端对应的水平标线槽；所述摄像头侧面安装在竖直滑杆侧面；
[0009]
所述采集控制终端，用于接收远程控制终端传递的控制指令；所述采集控制终端，用于控制电动伸缩杆的伸缩以及伺服电机的转动；所述采集控制终端，用于控制摄像头拍摄竖直滑杆的投影图像并传递至采集控制终端的图像分析模块；
[0010]
所述采集控制终端包括控制处理模块、图像分析模块、存储模块以及无线传输模块；所述图像分析模块，对所述投影图像分析获取水平偏移距离以及竖直偏移距离并传递
至控制处理模块；所述控制处理模块，通过判断水平偏移距离大于水平偏移阈值后控制伺服电机转动；所述控制处理模块，通过判断竖直偏移距离大于竖直偏移阈值后控制电动伸缩杆伸长。
[0011]
优选地，所述t形支撑杆的三端部上下两侧面转动安装的第一滚轮；所述第一滚轮滚动安装在环形滑槽内；所述竖直滑道的横截面为t形；所述连接轴两侧转动安装第二滚轮；所述第二滚轮滚动安装在竖直滑道的宽段内；所述限位滑槽的横截面为t形；所述电动伸缩杆输出端转动安装的横轴互动安装在限位滑槽的宽段内。
[0012]
优选地，所述水平滑轨为开设横截面为t形的水平滑槽；所述竖直滑杆底部固定的滑块滑动安装在水平滑槽内；所述竖直滑杆侧面与l形投影板的横板底面之间通过倾斜支撑杆支撑连接。
[0013]
优选地，所述转动轴周侧同轴心安装第一齿盘；所述伺服电机固定安装在支撑底盘上表面边缘；所述伺服电机输出端同轴心安装第二齿盘；所述第二齿盘与第一齿盘啮合连接。
[0014]
优选地，所述存储模块内，预存储水平偏移阈值、竖直偏移阈值、横板长度、竖杆高度、电动伸缩杆当前高度以及两杆间距；所述水平偏移距离为滑杆投影与竖直标线槽的距离；所述竖直偏移距离为滑杆投影顶端与水平标线槽的距离；所述两杆距离为竖杆与电动伸缩杆之间的距离；所述控制处理模块，根据横板长度、水平偏移距离以及滑杆投影顶端位置确定所述伺服电机转动角度以及转动方向；所述控制处理模块，根据电动伸缩杆当前高度、竖杆高度、两杆间距、竖直偏移距离以及滑杆投影位置确定所述电动伸缩杆伸长或收缩的长度。
[0015]
优选地，所述远程控制终端内包括阈值设置功能模块；所述阈值设置功能模块，用于设置储水平偏移阈值以及竖直偏移阈值。
[0016]
优选地，所述l形投影板的竖板关于水平标线槽对称；所述存储模块内，预存储竖板高度以及竖板宽度；所述图像分析模块，根据所述投影图像中滑杆投影顶端距离水平标线槽的相对距离确定竖直偏移距离；所述图像分析模块，根据所述投影图像中滑杆投影距离竖直标线槽的相对距离确定水平偏移距离。
[0017]
基于图像识别的太阳能光伏板角度调节方法，包括如下过程：
[0018]
步骤一：设定初始水平偏移距离；
[0019]
步骤二：在当前所述水平偏移距离下，全天候记录电动伸缩杆相邻水平调整时间形成水平偏移调整时间表并计算平均水平调整时间；
[0020]
步骤三：判断平均水平调整时间是否小于水平调整时间阈值；若是，执行步骤四；若否，执行步骤五；
[0021]
步骤四：所述水平偏移距离增加水平偏移增量后执行步骤二；
[0022]
步骤五：确定当前水平偏移距离为水平偏移阈值；
[0023]
步骤六：设定初始竖直偏移距离；
[0024]
步骤七：在当前所述竖直偏移距离下，全天候记录伺服电机相邻竖直调整时间形成竖直偏移调整时间表并计算平均竖直调整时间；
[0025]
步骤八：判断平均竖直调整时间是否小于竖直调整时间阈值；若是，执行步骤九；若否，执行步骤十；
[0026]
步骤九：所述竖直偏移距离增加竖直偏移增量后执行步骤七；
[0027]
步骤十：确定当前竖直偏移距离为竖直偏移阈值；
[0028]
步骤十一：通过阈值设置功能模块设置水平偏移阈值以及竖直偏移阈值。
[0029]
优选地，所述水平偏移增量通过第一夹角增量计算获取，所述第一夹角增量的范围[1
°
,3
°
]；所述竖直偏移增量通过第二夹角增量计算获取；所述第二夹角增量的范围[1
°
,3
°
]。
[0030]
优选地，步骤五中确认水平偏移阈值前，判断当前水平偏移距离是否大于第一夹角阈值对应的水平偏移上限；若是，则所述水平偏移上限作为水平偏移阈值；步骤十中确认竖直偏移阈值前，判断当前竖直偏移距离是否大院第二夹角阈值对应的竖直偏移上限；若是，则竖直偏移上限作为竖直偏移阈值。
[0031]
本发明的一个方面具有以下有益效果：
[0032]
1、本发明通过通过摄像头拍摄竖直滑杆在l形投影板上的投影图像，并通过图像分析模块对投影图像分析获取水平偏移距离以及竖直偏移距离；通过控制处理模块判断水平偏移距离大于水平偏移阈值后控制伺服电机转动，并通过判断竖直偏移距离大于竖直偏移阈值后控制电动伸缩杆伸长；实现太阳能板保持与太阳能光直射或接近直射，最大化提高太阳能板对太阳能的采集率。
[0033]
2、本发明控制处理模块根据横板长度、水平偏移距离以及滑杆投影顶端位置确定伺服电机转动角度以及转动方向；并根据电动伸缩杆当前高度、竖杆高度、两杆间距、竖直偏移距离、横板长度以及滑杆投影位置确定电动伸缩杆伸长或收缩的长度；实现对太阳能板角度精确控制，便捷实用。
[0034]
3、本发明通过判断平均水平调整时间是否小于水平调整时间阈值，确定水平偏移阈值；并通过判断平均竖直调整时间是否小于竖直调整时间阈值，确定竖直偏移阈值；实现既避免伺服电机以及电动伸缩杆的频繁启动有保证太阳能板对太阳能的高效率采集。
[0035]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]
图1为本发明基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置中采集装置右视角度的结构示意图；
[0038]
图2为发明基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置中采集装置的左视角度的结构示意图；
[0039]
图3为图1的主视图；
[0040]
图4为图1的左视图；
[0041]
图5为图4中a的放大图；
[0042]
图6为采集装置中转动支架、滑杆投影结构、太阳能板、伺服电机、摄像头以及电动伸缩杆相互安装的结构示意图；
[0043]
图7为图6中b的放大图；
[0044]
图8为本发明中滑杆投影结构的结构示意图；
[0045]
图9为本发明基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置结构示意图；
[0046]
图10为本发明中用于空调供电的物联网远程调控新能源采集方法的流程图；
[0047]
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0048]
1-太阳能板，11-限位滑槽，12-连接轴，121-第二滚轮，2-伺服电机，21-第一齿盘，22-第二齿盘，3-摄像头，4-电动伸缩杆，51-支撑底盘，511-支撑柱，52-支撑环，521-环形滑槽，61-t形支撑杆，611-转动轴，612-第一横杆，613-第二横杆，614-第一滚轮，62-水平滑轨，621-水平滑槽，63-竖杆，71-竖直滑杆，711-竖直滑道，712-倾斜支撑杆，72-l形投影板，721-竖直标线槽，722-水平标线槽。
具体实施方式
[0049]
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。
[0050]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“中”、“长度”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0051]
请参阅图1-7所示，本发明为基于图像识别的太阳能光伏板角度调节装置，包括：远程控制终端、采集控制终端以及采集装置；采集装置包括支撑座、转动支架、滑杆投影结构、太阳能板1、伺服电机2、摄像头3以及电动伸缩杆4；支撑座包括支撑底盘51以及支撑环52；支撑环52与支撑底盘51通过若干支撑柱511同轴心连接；支撑环52内周侧同轴心开设环形滑槽521；
[0052]
转动支架包括t形支撑杆61、水平滑轨62以及竖杆63；t形支撑杆61的三端均滑动安装在环形滑槽521内；具体的，t形支撑杆61的三端部上下两侧面转动安装的第一滚轮614；第一滚轮614滚动安装在环形滑槽521内，减小转动支架转动时的摩擦力；t形支撑杆61交叉部位底部通过转动轴611转动安装在支撑底盘51中心位置；具体的，t形支撑杆61包括相互垂直的第一横杆612以及第二横杆613，且第一横杆612与第二横杆613交叉位置位于支撑底盘51圆心的正上方；水平滑轨62垂直安装在t形支撑杆61的第一横杆612侧面，水平滑轨62与第二横杆613共线且位于支撑底盘51的直径上；电动伸缩杆4垂直安装在t形支撑杆61的第二横杆613上；两竖杆63垂直安装在第一横杆612上且两竖杆63关于电动伸缩杆4对称；两竖杆63的顶端均铰接在太阳能板1的底面；电动伸缩杆4输出端滑动连接在太阳能板1底部开设的限位滑槽11内，具体的，限位滑槽11的横截面为t形；电动伸缩杆4输出端转动安装的横轴互动安装在限位滑槽11的宽段内，保证当电动伸缩杆4顶端竖直上下伸缩运动时，太阳能板1保持稳定；伺服电机2驱动转动支架转动；具体的，转动轴611周侧同轴心安装第一齿盘21；伺服电机2固定安装在支撑底盘51上表面边缘；伺服电机2输出端同轴心安装第二齿盘22；第二齿盘22与第一齿盘21啮合连接；
[0053]
滑杆投影结构包括竖直滑杆71以及l形投影板72；竖直滑杆71底部滑动安装在水
平滑轨62上；具体的，水平滑轨62为开设横截面为t形的水平滑槽621；竖直滑杆71底部固定的滑块滑动安装在水平滑槽621内，保证竖直滑杆71前后滑动时的稳定性；竖直滑杆71侧面与l形投影板72的横板底面之间通过倾斜支撑杆712支撑连接，保持l形投影板72的支撑稳定性；竖直滑杆71一侧开设竖直滑道711；太阳能板1一侧通过连接轴12滑动安装在竖直滑道711内；具体的，竖直滑道711的横截面为t形；连接轴12两侧转动安装第二滚轮121；第二滚轮121滚动安装在竖直滑道711的宽段内，减小太阳能板1转动时的阻力；l形投影板72的横板垂直安装在竖直滑杆71侧面；l形投影板72的竖板侧面中间位置开设竖直标线槽721，也即l形投影板72的竖板关于竖直标线槽721对称，且竖直标线槽721为细槽、宽度约为2-3mm，使用时，可采用颜色较容易辨识的竖直细线代替；l形投影板72的竖板侧面开设与竖直滑杆71顶端对应的水平标线槽722，也即l形投影板72的横板关于水平标线槽722对称，且水平标线槽722为细槽、宽度约为2-3mm，使用时，可采用颜色较容易辨识的水平细线代替；摄像头3侧面安装在竖直滑杆71侧面，具体的，摄像头3安装在竖直滑杆71底部的侧面，用于拍摄竖直滑杆71在l形投影板72的横板侧面的投影，实际使用时，摄像头3采用微型高清摄像机，内嵌安装在竖直滑杆71侧面；
[0054]
请参阅图9所示，采集控制终端，用于接收远程控制终端传递的控制指令；采集控制终端，用于控制电动伸缩杆4的伸缩以及伺服电机2的转动；采集控制终端，用于控制摄像头3拍摄竖直滑杆71的投影图像并传递至采集控制终端的图像分析模块；采集控制终端包括控制处理模块、图像分析模块、存储模块以及无线传输模块；图像分析模块，对投影图像分析获取水平偏移距离x以及竖直偏移距离y并传递至控制处理模块；控制处理模块，通过判断水平偏移距离x大于水平偏移阈值x后控制伺服电机2转动；控制处理模块，通过判断竖直偏移距离y大于竖直偏移阈值y后控制电动伸缩杆4伸长；无线传输模块，用于采集控制终端与远程控制终端信息通信；
[0055]
具体的，存储模块内，预存储水平偏移阈值x、竖直偏移阈值y、横板长度d1、竖杆高度h1、电动伸缩杆当前高度h2、两杆间距d2；
[0056]
水平偏移距离x为滑杆投影与竖直标线槽721的水平距离；
[0057]
竖直偏移距离y为滑杆投影顶端与水平标线槽722的竖直距离；
[0058]
两杆距离d2为竖杆63与电动伸缩杆4之间的距离；
[0059]
水平偏移阈值x为控制处理模块控制伺服电机2进行转动的临界值；
[0060]
竖直偏移阈值y为控制处理模块控制电动伸缩杆4伸长或缩短的临界值；
[0061]
控制处理模块，根据横板长度d1、水平偏移距离x以及滑杆投影顶端位置确定伺服电机2转动角度以及转动方向；具体的，请参阅图4-5所示，在以横板长度d1以及水平偏移距离x作为两直角边的直角三角形中，水平偏移距离x所对的锐角即为当前太阳能板1与太阳的偏角大小，也即伺服电机2转动角度为arctan(d1/x)；同时，伺服电机2的转动方向为竖直标线槽721至滑杆投影的方向的相反方向；
[0062]
控制处理模块，根据电动伸缩杆当前高度h2、竖杆高度h1、两杆间距d2、竖直偏移距离y、横板长度d1以及滑杆投影t位置确定电动伸缩杆4伸长或收缩的长度；具体的，请参阅图3所示，根据电动伸缩杆当前高度h2与竖杆高度h1计算处两杆高度差h2-h1；当太阳光直射到太阳能板1上时，以两杆间距d2以及两杆高度差h2-h1作为直角边的直角三角形，与以横板长度d1以及竖直偏移距离y为直角边的直角三角形相似；则两杆高度差h2-h1相对的
锐角a1与横板长度d1相对的锐角a2相同；实际使用时，通过控制电动伸缩杆4的伸长或收缩，使得两杆高度差h2-h1相对的锐角与横板长度d1相对的锐角相同，保证太阳光垂直照射到太阳能板1上；
[0063]
若电动伸缩杆4的需要伸长长度为s0时，
[0064][0065][0066][0067]
则控制控制处理模块根据上述公式计算电动伸缩杆4伸长或收缩长度为s0；另外，若滑杆投影顶端位于水平标线槽722的上方，则控制处理模块控制电动伸缩杆4收缩s0长度；若滑杆投影顶端位于水平标线槽722的下方，则控制处理模块控制电动伸缩杆4伸长s0长度；另外，远程控制终端内包括阈值设置功能模块；阈值设置功能模块，用于设置储水平偏移阈值x以及竖直偏移阈值y。
[0068]
另外，l形投影板72的竖板关于水平标线槽722对称；存储模块内，预存储竖板高度以及竖板宽度；图像分析模块，根据投影图像中滑杆投影顶端距离水平标线槽722的相对距离确定竖直偏移距离；具体的，投影图像中滑杆投影顶端距离水平标线槽722的相对距离与投影图像中l形投影板72的竖板长度比值，等于竖直偏移距离与实际竖板长度的比值；进而计算出竖直偏移距离；上述过程中，计算投影图像中滑杆投影顶端距离水平标线槽722的相对距离时，为水平标线槽722的竖直坐标位置为水平标线槽722的水平中线所在高度；
[0069]
图像分析模块，根据投影图像中滑杆投影距离竖直标线槽721的相对距离确定水平偏移距离；具体的，投影图像中滑杆投影距离竖直标线槽721的相对距离与投影图像中l形投影板72的竖板宽度的比值，等于水平偏移距离与实际竖板宽度的比值；进而计算出水平偏移距离；上述过程中，计算投影图像中滑杆投影距离竖直标线槽721的相对距离时，滑杆投影的水平位置为其竖直中线所在水平坐标位置，竖直标线槽721的水平位置为其竖直中线所在的水平坐标位置。
[0070]
实际使用时，通过摄像头3拍摄竖直滑杆71在l形投影板72上的投影图像，并通过图像分析模块对投影图像分析获取水平偏移距离x以及竖直偏移距离y；通过控制处理模块判断水平偏移距离x大于水平偏移阈值x后控制伺服电机2转动，并通过判断竖直偏移距离y大于竖直偏移阈值y后控制电动伸缩杆4伸长；实现太阳能板保持与太阳能光直射或接近直射，最大化提高太阳能板对太阳能的采集率。
[0071]
请参阅图10所示，基于图像识别的太阳能光伏板角度调节方法，其特征在于，包括如下过程：
[0072]
步骤一：设定初始水平偏移距离；
[0073]
步骤二：在当前水平偏移距离下，全天候记录电动伸缩杆4相邻水平调整时间形成水平偏移调整时间表并计算平均水平调整时间；此处，可以对电动伸缩杆4进行若干天观察记录，并计算平均水平调整时间，以保证准确性；
[0074]
步骤三：判断平均水平调整时间是否小于水平调整时间阈值；若是，执行步骤四；
若否，执行步骤五；此处，水平调整时间阈值为预设的电动伸缩杆4相邻调节时间的最小值；若平均水平调整时间小于水平调整时间阈值，则会导致电动伸缩杆4启动频繁；
[0075]
步骤四：水平偏移距离增加水平偏移增量后执行步骤二；具体的，水平偏移增量通过第一夹角增量计算获取，第一夹角增量的范围[1
°
,3
°
]；其中，第一夹角为，在以横板长度d1以及水平偏移距离x作为两直角边的直角三角形中，水平偏移距离x所对的锐角；
[0076]
步骤五：确定当前水平偏移距离为水平偏移阈值；具体的，确认水平偏移阈值前，判断当前水平偏移距离是否大于第一夹角阈值对应的水平偏移上限；若是，则水平偏移上限作为水平偏移阈值；此处，第一夹角阈值也即预设的第一夹角最大值，当超过第一夹角最大值时，认为太阳能板1朝向与太阳位置夹角过大，较大影响太阳能采集效率；
[0077]
步骤六：设定初始竖直偏移距离；
[0078]
步骤七：在当前竖直偏移距离下，全天候记录伺服电机2相邻竖直调整时间形成竖直偏移调整时间表并计算平均竖直调整时间；此处，可以对伺服电机2进行若干天观察记录，并计算平均竖直调整时间，以保证准确性；
[0079]
步骤八：判断平均竖直调整时间是否小于竖直调整时间阈值；若是，执行步骤九；若否，执行步骤十；此处，竖直调整时间阈值为预设的伺服电机2相邻调节时间的最小值；若竖直调整时间时间小于竖直调整时间阈值，则会导致伺服电机2启动频繁；
[0080]
步骤九：竖直偏移距离增加竖直偏移增量后执行步骤七；具体的，竖直偏移增量通过第二夹角增量计算获取；第二夹角增量的范围[1
°
,3
°
]；其中，第二夹角为，在以两杆间距d2以及两杆高度差h2-h1作为直角边的直角三角形中，两杆高度差h2-h1相对的锐角；
[0081]
步骤十：确定当前竖直偏移距离为竖直偏移阈值；具体的，确认竖直偏移阈值前，判断当前竖直偏移距离是否大院第二夹角阈值对应的竖直偏移上限；若是，则竖直偏移上限作为竖直偏移阈值；此处，第二夹角阈值也即预设的第二夹角最大值，当超过第二夹角最大值时，认为太阳能板1倾斜角度与太阳光夹角过大，对太阳能采集效率影响交大；
[0082]
步骤十一：通过阈值设置功能模块设置水平偏移阈值以及竖直偏移阈值。实际使用时，通过判断平均水平调整时间是否小于水平调整时间阈值，确定水平偏移阈值；并通过判断平均竖直调整时间是否小于竖直调整时间阈值，确定竖直偏移阈值；实现既避免伺服电机以及电动伸缩杆的频繁启动有保证太阳能板对太阳能的高效率采集。
[0083]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0084]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。