KR100317811B1 - Method and apparatus for tracking the sun by image recognition - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화상 인식에 의한 태양 추적방법 및 장치에 관한 것으로서, 화상 인식 기술을 도입하여, 카메라에 포착되는 태양의 형상을 추적하여 카메라 및 집열판이 태양을 정확하게 바라보도록 제어하여, 별도의 인위적인 조작이 없이도 태양광을 직광 채열할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for tracking a sun by image recognition, by introducing an image recognition technology, by tracking the shape of the sun captured by the camera and controlling the camera and the heat collecting plate to accurately look at the sun, so that separate artificial manipulation It is possible to heat sunlight without direct sunlight.
본 발명은 태양 에너지를 수집하는 집열판과, 상기 집열판을 좌우로 회전시키기 위하여 감속수단을 통해 기계적으로 결합시킨 모터와, 상기 모터에 회전력을 제공하는 모터 구동수단을 구비하고, 상기 집열판의 소정 위치에 상기 모터 구동수단에 의해 방향 제어가 가능한 카메라를 설치하여, 상기 카메라를 통해 화상신호를 입력받고, 그 화상신호로부터 태양의 형상을 검출하여, 카메라 화면 상에서 그 형상이 위치하는 지점의 태양의 이동좌표를 계산한다. 그리고 상기 태양의 이동좌표와 카메라 화면의 중앙좌표와의 변위를 계산하여, 해당 변위만큼 상기 카메라와 집열판의 방향 전환하도록 상기 모터 구동수단을 제어한다.The present invention includes a heat collecting plate for collecting solar energy, a motor mechanically coupled through a deceleration means for rotating the heat collecting plate to the left and right, and a motor driving means for providing a rotational force to the motor, and at a predetermined position of the heat collecting plate. A camera capable of controlling the direction by the motor driving means is provided, receives an image signal through the camera, detects the shape of the sun from the image signal, and moves the coordinates of the sun at the point where the shape is located on the camera screen. Calculate The motor driving means is controlled to change the direction of the camera and the heat collecting plate by the displacement by calculating the displacement between the moving coordinate of the sun and the central coordinate of the camera screen.
Description
본 발명은 화상 인식 기술을 이용하여 태양 에너지의 직광 채열이 가능하게 하는 태양 추적방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양의 영상을 카메라를 통해 촬영하여 태양의 움직임을 추적하고, 추적된 태양의 움직임을 따라 상기 카메라와 집열판을 자동으로 이동시킴으로써, 태양의 움직임을 자동으로 추적하면서 태양 에너지의 직광 채열이 가능하게 하여 집열판의 일조량을 증가시킬 수 있는 영상 인식에 의한 태양 추적방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for tracking a sun that enables direct sunlight to be collected by solar energy using image recognition technology, and more particularly, to track the movement of the sun by capturing an image of the sun through a camera and tracking the sun. By automatically moving the camera and the heat collecting plate according to the movement of the solar tracking method and apparatus for image recognition that can increase the amount of sunshine of the heat collecting plate by enabling direct sunlight of the solar energy while automatically tracking the movement of the sun will be.
일반적으로 태양 에너지를 수집하기 위해 만들어진 집열판은 태양 빛을 가장 많이 받는 장소에 고정 설치되는 고정식 집열판과 태양의 위치에 따라 방향을 바꿀 수 있도록 설치되는 방향 전환식 집열판으로 나눌 수 있다.In general, a heat collecting plate made to collect solar energy may be divided into a fixed heat collecting plate fixedly installed at a place receiving the most sunlight and a reversible heat collecting plate installed to change directions depending on the position of the sun.
상기 고정식 집열판의 경우는 대부분이 태양 빛을 가장 많이 받는 장소에 고정시키므로서, 항상 지정된 방향에서 태양 빛을 받도록 설치되어 있어, 지정된 양의 태양 에너지를 취할 수 있다.In the case of the stationary heat collecting plate, since most of the fixed heat collecting plate is fixed to the place receiving the most sun light, it is always installed to receive the sun light in a specified direction, so that it can take a specified amount of solar energy.
그러나 이러한 고정식 집열판은 하루 중에서 태양광을 직각으로 받는 시간이 극히 짧아서 채열양이 작을 뿐만 아니라, 일조량이 부족한 지역에서는 하루 4-5시간의 태양열 이용에 그쳤기 때문에 난방용으로는 사용하지 못하고, 주로 온수용으로만 사용될 수 있었으며, 주택의 입지조건이나 방향 및 지붕의 구조에 따라 별도의 설계가 필요하게 되어 그 시설비가 많이 들게 되는 등의 문제점이 있다.However, these fixed heat collectors have a very short time to receive sunlight at right angles during the day, so the amount of heat is low, and only 4-5 hours of solar heat is used in areas where sunlight is insufficient. It could be used only for the acceptance, there is a problem that requires a separate design according to the location conditions or direction of the house and the structure of the roof, the facility costs a lot.
또한, 상기 방향 전환식 집열판은 마이크로 프로세서를 이용한 기 설정된 프로그램에 의해 해가 뜨는 시각부터 해가 지는 시각까지 일정한 속도로 모터를 제어하거나, 또는 광센서에 의해 모터를 제어하거나, 또는 상기 두가지 방식을 혼합하여 모터를 제어하여, 집열판의 방향을 바꾸는 등의 여러 가지 방식이 있었다.In addition, the direction changeable heat collecting plate controls the motor at a constant speed from the rising time of the sun to the setting time of the sun by a predetermined program using a microprocessor, or the optical sensor to control the motor, or the above two methods. There are various methods of controlling the motor by mixing and changing the direction of the heat collecting plate.
그러나, 상기 프로그램에 의해 모터를 제어하는 경우는 지정된 시간동안 모터를 구동시키기 때문에 태양광을 채열하기 부적합한 날씨(눈이나 비오는 날씨)에도 모터가 구동되어 전력을 낭비하게 되는 문제점이 있으며, 상기 광센서를 이용하여 모터를 제어하는 경우는 태양이 구름에 가려져 태양에너지 채열 효율이 낮은 상태에서도 모터가 구동되므로, 집열 효율이 저하되는 등의 문제점이 있었다.However, when the motor is controlled by the program, the motor is driven for a predetermined time, so that the motor is wasted even in an unsuitable weather (snow or rainy weather) to heat sunlight. In the case of controlling the motor by using, since the motor is driven even when the sun is covered by the cloud and the solar energy efficiency is low, there is a problem that the heat collection efficiency is lowered.
또한 상기의 집열판 들은 집열판의 각도 및 회동조절을 그때 그때 번거롭게 인위적으로 조절하거나, 혹은 일정한 속도로 모터를 구동시켜 상기 모터에 의해 집열판의 방향을 전환시킴으로써 태양의 방향을 어느 정도 따라가게 할 수는 있었으나, 정확한 직광 채열의 어려움 등의 여러 가지 문제점이 있었다.In addition, the heat collecting plates can adjust the angle and rotation of the heat collecting plate in an uncomfortably artificial manner at that time, or by driving the motor at a constant speed to change the direction of the heat collecting plate by the motor to some extent to follow the direction of the sun. There are a number of problems, such as difficulty in accurate direct sunlight heating.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명은 화상 인식 기술을 도입하여, 카메라에 포착되는 태양의 형상을 추적하여 카메라 및 집열판이 태양을 향하게 하고, 별도의 인위적인 조작이 없이도 태양의 이동에 맞는 속도로 카메라 및 집열판을 이동시켜, 태양광을 직광 채열할 수 있도록 한 화상 인식에 의한 태양 추적방법 및 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made in order to solve the above problems, the present invention introduces the image recognition technology, to track the shape of the sun captured by the camera to direct the camera and the heat collecting plate to the sun, without any artificial manipulation An object of the present invention is to provide a method and apparatus for tracking a sun by image recognition by moving a camera and a heat collecting plate at a speed that is suitable for the movement of the sun, so that sunlight can be collected by direct light.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명 방법의 실시예에서는, 태양 에너지를 수집하는 집열판에 감속수단을 통해 모터를 기계적으로 결합시키고, 상기 모터에 회전력을 제공하는 모터 구동수단을 이용하여, 태양의 위치에 맞게 상기 집열판의 방향을 제어하는 방법에 있어서, 상기 집열판의 소정위치에 상기 모터 구동수단에 의해 방향 제어가 가능한 카메라를 설치하여 화상신호를 입력받고, 상기 카메라의 촬상영역에 포착되는 화상신호로부터 태양의 형상을 검출하여, 카메라 화면 상에서 그 형상이 위치하는 지점의 태양의 이동좌표를 계산하는 과정; 상기 계산된 태양의 이동좌표와 카메라 화면의 중앙좌표와의 변위를 계산하여 그 변위를 카메라의 좌표값으로 변환하는 과정; 상기 변환된 카메라의 좌표값을 기준으로 상기 카메라와 집열판의 방향 전환을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 인식에 의한 태양 추적방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in the embodiment of the present invention, the position of the sun by using a motor driving means for mechanically coupling the motor to the heat collecting plate for collecting solar energy through the deceleration means, and provides a rotational force to the motor. A method of controlling the direction of the heat collecting plate according to the present invention, comprising: installing a camera capable of controlling the direction by the motor driving means at a predetermined position of the heat collecting plate to receive an image signal, and from the image signal captured in the image capturing area of the camera. Detecting a shape of the sun and calculating a moving coordinate of the sun at the point where the shape is located on the camera screen; Calculating a displacement between the calculated movement coordinate of the sun and the center coordinate of the camera screen and converting the displacement into a coordinate value of the camera; It provides a method for tracking the sun by image recognition, comprising the step of controlling the direction change of the camera and the heat collecting plate based on the coordinate value of the converted camera.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명 장치의 실시예에서는, 태양 에너지를 수집하는 집열판과, 상기 집열판을 좌우로 회전시키기 위하여 감속수단을 통해기계적으로 결합시킨 모터와, 상기 모터에 회전력을 제공하는 모터 구동수단을 포함하여, 태양의 위치에 맞게 상기 집열판의 방향을 제어하는 장치에 있어서, 상기 집열판의 소정 위치에 상기 모터 구동수단에 의해 방향 제어가 가능한 카메라를 설치하여, 상기 카메라를 통해 화상신호를 입력받는 화상 입력수단; 상기 입력된 화상신호로부터 태양의 형상을 검출하여, 카메라 화면 상에서 그 형상이 위치하는 지점의 태양의 이동좌표를 계산하고, 상기 태양의 이동좌표와 카메라 화면의 중앙좌표와의 변위를 계산하여, 해당 변위만큼 상기 카메라와 집열판의 방향 전환하도록 상기 모터 구동수단을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상인식에 의한 태양 추적장치를 제공한다.In order to achieve the above object, in the embodiment of the present invention, a heat collecting plate for collecting solar energy, a motor mechanically coupled through a deceleration means for rotating the heat collecting plate from side to side, and a motor for providing a rotational force to the motor In the apparatus for controlling the direction of the heat collecting plate according to the position of the sun, including a driving means, the camera is provided to control the direction by the motor driving means at a predetermined position of the heat collecting plate, the image signal through the camera Image input means for receiving input; Detects the shape of the sun from the input image signal, calculates the movement coordinate of the sun at the point where the shape is located on the camera screen, calculates the displacement of the movement coordinate of the sun and the center coordinate of the camera screen, and And a control means for controlling the motor driving means to change the direction of the camera and the heat collecting plate by the displacement.
도 1은 화상 인식에 의하여 태양을 추적하는 본 발명 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내 보인 블록도1 is a block diagram schematically showing an embodiment of the apparatus of the present invention for tracking the sun by image recognition.
도 2a는 차광필터를 부착하지 않은 렌즈를 통해 본 태양의 형상도Figure 2a is a view of the sun as seen through the lens without a light shielding filter
도 2b는 차광필터를 부착한 렌즈를 통해 본 태양의 형상도FIG. 2B is a view of the sun seen through a lens with a light blocking filter
도 3a는 집열판 설치각도를 설명하기 위한 참고도3a is a reference diagram for explaining a heat collecting plate installation angle.
도 3b는 정오를 기준으로 상오와 하오에 태양빛을 직각으로 받을 수 있는 집열판 설치각도를 설명하기 위한 참고도Figure 3b is a reference diagram for explaining the angle of installation of the heat collecting plate that can receive the sunlight at right angles and at right angles on the basis of noon
도 4는 화상 인식에 의한 태양 추적방법의 일 실시예를 도시한 신호처리 흐름도4 is a signal processing flowchart illustrating an embodiment of a sun tracking method using image recognition;
도 5는 상기 도 4의 카메라 및 집열판 방향 전환명령에 의해 실행되는 카메라 및 집열판 제어과정에 대한 신호처리 흐름도5 is a signal processing flowchart of a camera and a heat collecting plate control process executed by the camera and the heat collecting plate direction change command of FIG.
도 6은 상기 카메라 및 집열판 제어과정에서 실행되는 서브루틴에 대한 신호처리 흐름도6 is a signal processing flowchart for a subroutine executed in the camera and the heat collecting plate control process;
도 7은 카메라 창(화면)에 비친 태양을 영상으로 감지한 상태와, 카메라 및 집열판을 상기 태양의 위치에 따라 이동시켜 태양이 카메라 및 집열판의 중앙부근에 위치하도록 제어된 상태를 도시한 참고도FIG. 7 is a reference diagram illustrating a state in which a sun reflected on a camera window (screen) is detected as an image, and a state in which the sun is controlled to be positioned near the center of the camera and the heat collecting plate by moving the camera and the heat collecting plate according to the position of the sun.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>
10 : 호스트 컴퓨터 21 : 주처리유닛10: host computer 21: main processing unit
22 : 타이머 수단 23 : 프로그램 저장수단(롬)22: timer means 23: program storage means (ROM)
24 : 데이터 통신수단 25 : 데이터 저장수단24: data communication means 25: data storage means
26 : 모터 구동부 27 : 모터26: motor drive unit 27: motor
28 : 감속수단 29: 화상 입력수단28: deceleration means 29: image input means
30 : 집열판30: heat collecting plate
이하에서, 본 발명의 화상 인식에 의한 태양 추적방법 및 장치에 대한 각 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여, 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, each embodiment of the sun tracking method and apparatus by the image recognition of the present invention will be described in more detail.
도 1은 화상 인식에 의하여 태양을 추적하여 태양의 위치에 맞게 집열판의 방향을 제어하는 본 발명 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내 보인 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing an embodiment of the device of the present invention for tracking the sun by image recognition to control the direction of the heat collecting plate according to the position of the sun.
도면에서와 같이 본 발명의 장치는 태양 에너지를 수집하는 집열판(30)과, 감속수단(28)을 통해 상기 집열판에 기계적으로 결합시켜 상기 집열판을 좌우로 회전시키는 모터(27)와, 상기 모터에 회전력을 제공하는 모터 구동수단(26)을 포함하고, 상기 집열판과 동일한 방향에서 태양을 바라볼 수 있도록 상기 집열판의 소정 위치에 카메라를 설치하여, 상기 카메라의 렌즈에 포착되는 영상을 전기적인 신호로 변환하여 화상 신호로 입력받을 수 있게 하는 화상 입력수단(29)을 포함하며,상기 입력된 화상신호로부터 태양의 형상을 검출하여, 카메라 화면 상에서 그 형상이 위치하는 지점의 태양의 이동좌표를 계산하고, 상기 태양의 이동좌표와 카메라 화면의 중앙좌표와의 변위를 계산하여, 해당 변위만큼 상기 카메라와 집열판의 방향 전환하도록 상기 모터 구동수단을 제어하는 제어수단을 포함한다. 상기 제어수단은 상기 모터를 구동하기 위한 인터럽트를 미리 정해진 시간마다 일정한 주기로 발생시키는 타이머수단(22)과, 상기 타이머수단에서 발생되는 매 인터럽트마다 모터 회전스텝수를 카운트하면서 모터 회전방향과 기설정된 회전속도에 따라 상기 모터를 제어하는 일련의 모터 구동 프로그램을 저장하는 프로그램 저장수단(ROM; 23)과, 외부에서 주어지는 특정명령에 의해 현재 카메라의 화면 중심위치와 카메라에 포착되는 태양의 이동좌표를 이용하여 카메라 및 집열판이 이동해야 할 회전방향과 이동량을 산출하고, 상기 타이머수단의 인터럽트에 의해 상기 롬에 저장되어 있는 모터 구동 프로그램을 실행시키는 주처리유닛(MPU; 21)과, 상기 주처리유닛이 모터를 구동시킬때에 필요로 하는 데이터들을 저장하거나, 또는 상기 주처리유닛이 상기 모터 구동 프로그램을 실행시킨 결과들 중에서, 카메라(또는 모터)의 현재 위치에 관련된 데이터들을 저장하는 데이터 저장수단(25)(예를 들면 SRAM이나 NVRAM)과, 상기 주처리유닛이 외부와 통신할 수 있는 데이터 송수신포트 및 경로를 지원하는 데이터 통신수단(24)(예를 들면, UART 또는 RS-232)을 포함하여 구성한다.As shown in the drawing, the apparatus of the present invention includes a heat collecting plate 30 for collecting solar energy, a motor 27 for mechanically coupling the heat collecting plate through the reduction means 28 to rotate the heat collecting plate left and right, and the motor. It includes a motor driving means 26 for providing a rotational force, the camera is installed at a predetermined position of the heat collecting plate so as to look at the sun in the same direction as the heat collecting plate, the image captured by the lens of the camera as an electrical signal Image input means 29 for converting the image signal to be input as an image signal, and detects the shape of the sun from the input image signal, calculates the movement coordinates of the sun at the point where the shape is located on the camera screen And calculating a displacement between the moving coordinates of the sun and the central coordinates of the camera screen, and changing the direction of the camera and the heat collecting plate by the corresponding displacements. And control means for controlling the drive means. The control means includes a timer means 22 for generating an interrupt for driving the motor at predetermined intervals at predetermined time intervals, and a motor rotation direction and a predetermined rotation while counting the number of motor rotation steps for each interrupt generated by the timer means. A program storage means (ROM) 23 for storing a series of motor driving programs for controlling the motor according to the speed, and the movement coordinates of the sun captured by the camera and the position of the center of the screen of the current camera by a specific command given from the outside; And a main processing unit (MPU) 21 for calculating the rotation direction and the movement amount to which the camera and the heat collecting plate should move, and executing a motor driving program stored in the ROM by an interrupt of the timer means. Store the data required when driving the motor, or the main processing unit Among the results of executing the existing motor drive program, data storage means 25 (for example, SRAM or NVRAM) for storing data related to the current position of the camera (or motor), and the main processing unit can communicate with the outside. It comprises a data communication means 24 (for example, UART or RS-232) supporting a data transmission and reception port and a path.
이때, 상기 화상 입력수단에는 도 2a와 같은 태양 빛의 발산을 차단하기 위하여, 상기 카메라의 렌즈에 차광필터를 부착함으로써, 도 2b와 같은 원형의 태양 형상만이 상기 카메라를 통해 들어오도록 구성하는 것이 바람직하다.In this case, in order to block the divergence of the sun light as shown in Figure 2a, by attaching a light shielding filter to the lens of the camera, it is configured to enter only the circular sun shape as shown in Figure 2b through the camera desirable.
그리고, 상기 집열판에는 또 다른 감속수단을 통해 기계적으로 결합시켜 상기 카메라 및 집열판을 상하로 회전시키는 수직 모터 및 그 구동수단(도면에는 도시되지 않음)을 더 구비할 수 있다. 또한 상기 집열판은, 도 3a와 같이 태양 빛을 직각으로 받을 수 있도록 지면으로부터 일정한 경사각을 두어 설치하며, 또한 이러한 경사각은 도 3b와 같이 해당 지역의 태양의 조사각에 따라 달라질 수 있으며, 정오에 태양 빛을 직각으로 받는 경사각을 기준으로 상오와 하오에 모두 태양빛을 직각으로 받을 수 있도록 그 각도를 25도 내지 35도의 범위 내에서 조절하는 조절수단(도면에는 도시되지 않음)을 더 구비할 수 있다.In addition, the heat collecting plate may further include a vertical motor and its driving means (not shown in the drawing) which are mechanically coupled through another deceleration means to rotate the camera and the heat collecting plate up and down. In addition, the heat collecting plate is installed at a predetermined inclination angle from the ground to receive the sun light at right angles, as shown in Figure 3a, and this inclination angle may also vary according to the irradiation angle of the sun in the region as shown in Figure 3b, the sun at noon On the basis of the angle of inclination of receiving light at right angles, both the upper and lower angles may be further provided with adjusting means (not shown in the drawing) to adjust the angle within a range of 25 degrees to 35 degrees to receive the sunlight at right angles. .
상기 주처리유닛은 이미 기술된 바와 같이 독립적으로도 동작이 가능하다. 그 뿐만 아니라 상기 데이터 통신수단(24)을 통해 외부의 호스트 컴퓨터(10)와의 연결이 가능하여, 이러한 호스트 컴퓨터에서 하달되는 명령에 의해 그 동작이 제어될 수 있다. 이때 상기 주처리 유닛은 외부에서 하달되는 직접 방향전환명령을 수행하기 위하여, 상기 모터와 감속수단에 의해 결정되는 카메라의 미세회전각도를 기준으로 미리 설정된 모터의 회전범위와, 상기 카메라의 미세회전각도에 일치하는 스텝 수로 가상 분할된 상태의 화면을 기억하고, 모터 구동시, 상기 세분화된 화면 상의 스텝 수를 카운트하여, 상기 화면에서 감지된 태양의 이동좌표가 바로 카메라의 회전방향 좌표로 인식될 수 있도록 설정함이 바람직하다. 그리고 상기 호스트 컴퓨터(10)는 화면상의 이동좌표(태양 형상) 수신여부를 판단하여, 화면의 중앙좌표와 이동좌표간의 변위를 계산하고, 그 계산된 변위만큼 카메라를 이동시킬 수 있도록 상기 주처리유닛으로 카메라 및 집열판 이동명령을 지시하는 방향전환 판단유닛(도면에는 도시되지 않음)을 포함하여야 한다.The main processing unit can be operated independently as already described. In addition, it is possible to connect to the external host computer 10 through the data communication means 24, the operation can be controlled by a command issued from such a host computer. At this time, the main processing unit is a rotation range of the motor preset based on the micro-rotation angle of the camera determined by the motor and the deceleration means, to perform a direct direction change command issued from the outside, and the micro-rotation angle of the camera The screen of the virtually divided state is stored with the number of steps corresponding to, and when the motor is driven, the number of steps on the subdivided screen is counted so that the moving coordinates of the sun detected on the screen can be recognized as the coordinates of the rotation direction of the camera. It is preferable to set so that. The host computer 10 determines whether to receive a moving coordinate (sun shape) on the screen, calculates a displacement between the center coordinate and the moving coordinate of the screen, and moves the main processing unit to move the camera by the calculated displacement. It should include a direction determination unit (not shown in the figure) to instruct the camera and the heat collecting plate movement command.
도 4는 상기 도 1의 제어수단(또는 호스트 컴퓨터의 방향전환 판단유닛)에서 실행되는 본 발명 방법의 일 실시예를 도시한 신호처리 흐름도로서, 상기 집열판의 소정위치에 설치된 카메라의 화상신호를 입력받고, 상기 카메라의 촬상영역에 포착되는 화상신호로부터 태양의 형상을 검출되면, 태양이 검출된 위치로 카메라 및 집열판 방향 전환명령을 지시하는 흐름을 예로 들어 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 카메라를 통해 입력되는 태양의 이동좌표가 수신하여 카메라 화면 상에서 태양 형상이 위치하는 지점의 태양의 이동좌표를 계산하는 과정(S41)과, 상기 계산된 태양의 이동좌표와 카메라 화면의 중앙좌표와의 변위를 계산하여 그 변위를 카메라의 좌표값으로 변환하는 과정(S42, S43)와, 상기 카메라의 좌표값으로 변환된 변위를 현재 카메라의 위치좌표에 대입시켜, 카메라 위치좌표가 카메라의 이동범위 내에 있는지를 판단하여 벗어난 좌표만큼 상기 카메라의 위치좌표를 수정하는 과정(S44-S46)와, 상기 수정된 카메라의 좌표값을 기준으로 상기 카메라와 집열판의 방향 전환을 제어하는 과정(S47)를 포함하여 구성할 수 있다.FIG. 4 is a signal processing flowchart showing an embodiment of the method of the present invention executed by the control means (or the redirection determination unit of the host computer) of FIG. 1, and inputs an image signal of a camera installed at a predetermined position of the heat collecting plate. When the shape of the sun is detected from the image signal captured by the image capturing area of the camera, the flow of instructing the camera and the heat collecting plate direction change command to the position where the sun is detected is shown as an example. As shown in the figure, a process of calculating the movement coordinates of the sun at the point where the sun shape is located on the camera screen by receiving the movement coordinates of the sun input through the camera (S41), and the calculated movement coordinates of the sun and Calculating the displacement with the center coordinate of the camera screen and converting the displacement into the coordinate value of the camera (S42, S43), and substituting the displacement converted into the coordinate value of the camera into the position coordinate of the current camera, Determining whether the coordinates are within the moving range of the camera and correcting the position coordinates of the camera by the deviation (S44-S46), and controlling the direction change of the camera and the heat collecting plate based on the corrected coordinates of the camera. It can be configured to include the process (S47).
도 5는 상기 도 4의 카메라 및 집열판 방향전환명령에 의해 실행되는 카메라 및 집열판 제어과정에 대한 신호처리흐름도로서, 상기 도 1의 주처리유닛에서의 실행되는 동작을 예를 들어 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 주변 기기 및 자신이 사용하는 변수들을 초기화시키는 단계(S51)와, 외부 명령을 수신 대기하여 명령의 종류를 판별하는 단계(S52-S54)와, 상기 판별된 명령의 종류가 카메라 및 집열판 방향 전환명령이면, 모터의 회전 스텝수(Pcnt)를 체크하여 현재 모터 구동여부를 판단하고, 상기 판단 결과 모터가 회전되고 있는 상태가 아니면 카메라의 현재 방향좌표와 전환 방향좌표(태양의 이동좌표)로 카메라 좌우 회전방향과 좌우 이동량을 산출하여 모터의 회전 스텝수(Pcnt)를 설정함으로써, 일정한 주기의 타이머 인터럽트에 의해 상기 모터를 구동시켜, 기설정된 회전속도 및 상기 계산된 회전방향과 이동량을 기준으로 카메라 및 집열판을 이동시키는 서브루틴(S61-S68)을 구동시키는 단계(S55-S56)와, 상기 판별된 명령의 종류가 모터속도 조절 명령이면 새로 입력된 값을 모터 회전속도(Prate)로 설정하고, 모터 지연을 위해 사용되는 변수(Pidle)에 새로 설정된 모터 회전속도(Prate)를 복제하는 단계(S57, S58)를 포함하여 구성한다.FIG. 5 is a signal processing flowchart illustrating a camera and a heat collecting plate control process executed by the camera and the heat collecting plate redirection command of FIG. 4, and illustrates an operation performed in the main processing unit of FIG. 1. As shown in the figure, the step of initializing the peripheral device and its own variables (S51), the step of waiting for an external command to determine the type of command (S52-S54), and the type of the determined command If the direction of the camera and the heat collecting plate direction change command, by checking the number of rotation steps (Pcnt) of the motor to determine whether the current motor is driven. The motor's left and right rotation directions and the left and right movement amounts are set to set the motor rotation step number (Pcnt), thereby driving the motor by a timer interrupt at a predetermined period, and thus the predetermined rotation speed and the calculated rotation direction. And driving the subroutines S61-S68 for moving the camera and the heat collecting plate based on the amount of movement and the amount of the determined command is a motor speed. If the command is a clause, the newly input value is set to the motor speed (Prate), and the step includes replicating the newly set motor speed (Prate) to the variable (Pidle) used for the motor delay (S57, S58) do.
도 6은 상기 카메라 및 집열판 제어과정에서 실행되는 서브루틴에 대한 신호처리 흐름을 예를 들어 도시한 것으로서, 타이머 인터럽트에 의해 동작이 개시되어 모터구동펄스의 한 주기(Pcycle; Pstate와 Pidle를 합한 시간)마다 모터의 회전스텝수(Pcnt)와 다음 모터구동펄스까지의 지연시간을 결정하는 회전속도 복제값(Pidle)을 체크하여 모터의 회전속도를 조절하면서 모터 구동여부를 결정하는 단계(S61-S63)와, 상기 모터구동펄스의 각 상태에 따라 구분되는 상태 카운트값(Pstate)과 모터의 회전방향(Pdir)을 참고로 일련의 모터구동펄스를 출력하여 모터를 전진 또는 후진 구동시키는 단계(S64, S65, S68)와, 상기 모터구동펄스의 상태 카운트값(Pstate)을 체크하여 1개의 모터구동 사이클(Pcycle)이 끝난 시점을 검출하고 그 시점에서 상태 카운트값(Pstate)과 회전속도 복제값(Pidle)을 초기화 및 모터의 회전스텝수(Pcnt)를 갱신 및 현재 모터의 위치(Plast)를 저장하는단계(S66-S67)를 포함한다.FIG. 6 illustrates a signal processing flow for a subroutine executed in the camera and the heat collecting plate control process, for example, in which an operation is started by a timer interrupt to sum up a period of a motor driving pulse (Pcycle; Pstate and Pidle). Steps to determine whether to drive the motor while adjusting the rotational speed of the motor by checking the rotational speed (Pcnt) for determining the rotational step number (Pcnt) of the motor and the delay time to the next motor drive pulse for each (S61-S63) ) And driving a motor forward or backward by outputting a series of motor driving pulses with reference to a state count value (Pstate) and a rotation direction (Pdir) of the motor classified according to the states of the motor driving pulses (S64, S65 and S68 and the state count value Pstate of the motor drive pulse are checked to detect the time point at which one motor drive cycle ends, and at that point, the state count value Pstate and the rotation speed are restored. Updating the value (Pidle) initialized and the rotation of the motor step number (Pcnt) a and a step (S66-S67) to store a current position (Plast) of the motor.
여기서, 상기의 도 5 및 도 6의 신호 처리 흐름은 상기 데이터 통신수단을 통해 주처리 유닛과 호스트 컴퓨터를 연결한 상태에서, 상기 호스트 컴퓨터에서 하달되는 방향 전환명령을 상기 주처리유닛이 수신하여, 상기 모터 및 구동수단을 통해 카메라 및 집열판을 좌우로 제어하는 장치에서의 실현과정을 도시한 일 실시예에 불과한 것이며, 상기 집열판에 수직 모터 및 그 구동수단이 더 결합된 경우에도 수직 회전방향과 수직 이동량 산출 및 수직 모터를 제어하는 동작이 동일하게 이루어질 수 있음은 물론이다.5 and 6, the main processing unit receives a direction change command from the host computer while the main processing unit and the host computer are connected through the data communication means. Only an embodiment showing the implementation process in the device for controlling the camera and the heat collecting plate to the left and right through the motor and the driving means, even if the vertical motor and its driving means is further coupled to the heat collecting plate It is a matter of course that the movement amount calculation and the operation of controlling the vertical motor can be made the same.
이때, 상기 수평모터 및 수직모터는 각각 독립적으로 제어할 수 있으며, 따라서 상기 수평모터 구동단계 및 수직모터 구동단계를 순차적으로, 또는 순서를 바꾸어서 수행할 수 있음은 물론이다.At this time, the horizontal motor and the vertical motor can be independently controlled, and therefore, the horizontal motor driving step and the vertical motor driving step can be performed sequentially or in a different order.
도 7은 카메라 창에 비친 태양의 위치를 영상으로 감지한 상태와 카메라 및 집열판을 상기 태양의 이동좌표에 따라 이동시켜 태양이 카메라 및 집열판의 중앙부근에 위치하도록 제어된 상태를 도시하고 있다.FIG. 7 illustrates a state in which an image of a sun reflected on a camera window is detected as an image and a state in which the sun and the heat collecting plate are moved according to the moving coordinates of the sun so that the sun is positioned near the center of the heat collecting plate.
이상에서 기술한 바와 같은 본 발명의 동작 및 그에 따른 작용 효과를 도면상의 실시예를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the present invention as described above and the effects thereof according to the embodiments of the drawings will be described below with reference to the embodiments.
먼저, 호스트 컴퓨터(10)에서는 도 4의 흐름도에서와 같이, 데이터 통신수단(24)을 통한 주처리 유닛(21)과의 시리얼 통신에 의해, 상기 집열판(30)의 소정위치에 상기 모터 구동수단(26)에 의해 방향 제어가 가능하도록 설치된 카메라로부터 화상신호를 입력받는다. 이때 상기 카메라의 렌즈에는 차광필터가 부착되어있으므로, 도 2a와 같이 발산하는 태양 빛은 차단되고, 화상 입력수단(29)을 통해 입력되는 화상신호는 도 2b와 같은 모양으로 원형의 태양 형상만이 입력된다.First, in the host computer 10, as shown in the flowchart of FIG. 4, by means of serial communication with the main processing unit 21 through the data communication means 24, the motor drive means at a predetermined position of the heat collecting plate 30. By 26, an image signal is input from a camera installed to enable direction control. In this case, since the light blocking filter is attached to the lens of the camera, the sun light emitted as shown in FIG. 2A is blocked, and the image signal input through the image input unit 29 is the same as that of FIG. 2B. Is entered.
따라서 호스트 컴퓨터는 상기 카메라의 촬상영역에 포착되는 화상신호로부터 태양의 형상을 검출하여, 카메라 화면 상에서 그 형상이 위치하는 지점의 태양의 이동좌표를 계산하고, 상기 계산된 태양의 이동좌표와 카메라 화면의 중앙좌표와의 변위를 계산(S42)하여 그 변위를 카메라의 좌표값으로 변환(S43)한 후, 상기 카메라의 좌표값으로 변환된 변위를 현재 카메라의 위치좌표에 대입(S44)시켜, 카메라 위치좌표가 카메라의 이동범위 내에 있는지를 판단(S45)한다. 이때 카메라 위치좌표가 카메라 이동범위를 벗어나 있으면, 벗어난 좌표만큼 상기 카메라의 위치좌표를 수정(S46)하고, 그 수정된 좌표값을 기준으로 상기 카메라와 집열판의 방향 전환을 제어하는 명령을 상기 주처리유닛으로 전달(S47)한다.Therefore, the host computer detects the shape of the sun from the image signal captured by the image capturing area of the camera, calculates the movement coordinates of the sun at the point where the shape is located on the camera screen, and calculates the movement coordinates of the sun and the camera screen. Calculate the displacement with the center coordinate of (S42) and convert the displacement into the coordinate value of the camera (S43), and then substitute the displacement converted into the coordinate value of the camera into the position coordinate of the current camera (S44). It is determined whether the position coordinate is within the movement range of the camera (S45). At this time, if the camera position coordinates are out of the camera movement range, the position coordinates of the camera is corrected by the deviation coordinates (S46), and the command to control the direction change of the camera and the heat collecting plate based on the corrected coordinate values. Transfer to the unit (S47).
주처리유닛(21)에서는 도 5의 흐름도에서와 같이, 주변기기 및 주요 변수들을 초기화(S51)시킨 상태에서 데이터 통신수단(RS-232 또는 UART)에 의한 시리얼 통신을 통해 외부의 호스트 컴퓨터(10)로부터 지시되는 여러 가지 복잡한 명령어를 분석(S52)하여, 방향 전환명령인지 또는 모터속도 조절명령인지를 판단(S53, S54)한다. 상기 판단 결과, 모터속도 조절 명령인 경우에는 새로 입력된 값으로 모터 회전속도를 설정(S57) 및 복제(S58)하고, 상기 판단 결과, 카메라 및 집열판 방향 전환 명령인 경우에는 현재의 모터 구동상황을 나타내는 남은 회전 스텝수(Pcnt)를 우선 판단(S55)하여, 남은 회전 스텝수가 '0'인 경우 새로운 회전 스텝수를 설정함과 동시에 상기 타이머 수단(22)에 몇 개의 변수를 제공함으로써, 타이머 수단(22)에서 주기적으로 타이머 인터럽트를 발생시켜 프로그램 저장수단(23)에 저장된 지정 프로그램에 따라 카메라 및 집열판의 방향 전환동작이 시작된다.In the main processing unit 21, as shown in the flowchart of FIG. 5, the external host computer 10 through serial communication by the data communication means RS-232 or UART in the state of initializing the peripheral device and the main variables (S51). Various complicated commands indicated by S are analyzed (S52) to determine whether the direction change command or the motor speed control command (S53, S54). As a result of the determination, in the case of the motor speed adjustment command, the motor rotation speed is set (S57) and duplicated (S58) with the newly input value. As a result of the determination, in the case of the camera and the heat collecting plate direction switching command, the current motor driving situation By determining firstly the remaining number of rotation steps Pcnt (S55), and setting the new number of rotation steps when the remaining number of rotation steps is '0' and providing some variables to the timer means 22, the timer means At 22, a timer interrupt is generated periodically, and the direction switching operation of the camera and the heat collecting plate is started in accordance with the designated program stored in the program storage means 23.
상기 카메라 및 집열판의 방향전환동작은, 도 6에서와 같이, 먼저, 모터 회전스텝수(Pcnt)를 검사(S61)하여 모터를 구동시킬것인지 아닌지를 결정한다. 이때 Pcnt 값이 '0'인 경우에는 더 이상 모터를 구동시킬 필요가 없는 상태이므로 모터구동을 중단(S68)시키게 되고, '0'이 아닌 값인 경우에는 모터의 회전속도를 조절하기 위해 모터 회전속도(Prate)의 복제 변수(Pidle)를 매 Pcycle 마다 다운 카운트(S63)하여 '0'이 되는지를 검사(S62)한다. 상기 검사 결과, 모터 회전속도(Prate)의 복제변수(Pidle)값이 '0'인 경우는 모터 회전방향(Pdir)과 상태 카운트값(Pstate)을 참고하여 일련의 펄스신호를 모터에 출력(S64)시켜, 모터를 전진 또는 후진 구동시키게 된다.In the direction change operation of the camera and the heat collecting plate, first, as shown in FIG. 6, the motor rotation step number Pcnt is inspected (S61) to determine whether to drive the motor. At this time, if the Pcnt value is '0', it is no longer necessary to drive the motor. Therefore, the motor driving is stopped (S68). If the value is not '0', the motor rotation speed is adjusted to control the rotation speed of the motor. The replica variable Pidle of (Prate) is counted down every Pcycle (S63) to check whether it becomes '0' (S62). As a result of the inspection, when the replication variable PID value of the motor rotation speed Prate is '0', a series of pulse signals are output to the motor by referring to the motor rotation direction Pdir and the state count value Pstate (S64). To drive the motor forward or backward.
상기 모터 구동은 상태 카운트값(Pstate)이 0에서 3의 값을 가질 때 이루어지며, 그 값이 초과되면 다시 주요 사용 변수(Pstate←0, Pidle←Prate, Pcnt←Pcnt-1, Plast 저장)들을 초기화(S67)시킨 후 다시 처음으로 되돌아가 회전 스텝수가 '0'이 될 때까지 상기의 동작을 반복하여 수행함으로써, 카메라 및 집열판을 태양의 이동위치에 따라 방향 전환시켜 집열판에서의 태양빛 직광 채열이 가능하게 된다.The motor operation is performed when the state count value (Pstate) has a value of 0 to 3, and if the value is exceeded, the main use variables (Pstate ← 0, Pidle ← Prate, Pcnt ← Pcnt-1, and Plast storage) are again stored. After initializing (S67) and returning to the beginning again and repeatedly performing the above operation until the number of rotation steps becomes '0', the camera and the heat collecting plate are redirected according to the movement position of the sun to collect sunlight directly from the heat collecting plate. This becomes possible.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 화상 인식에 의해 태양이 떠오르는 시점부터 지는 시점까지 태양을 추적하여 태양을 정확히 바라볼 수 있도록 집열판을 제어하므로, 하루 8-9시간 정도의 태양빛을 직광 채열할 수 있게 되어, 태양 에너지의 채열효율을 높여 보다 효과적인 태양 에너지의 이용이 가능하게 하는 이점이 있다.According to the present invention as described above, since the heat collecting plate is controlled to track the sun from the time the sun rises to the time of sunset by image recognition, so that the sun can be accurately viewed, it is possible to heat sunlight of about 8-9 hours a day. There is an advantage to increase the heat efficiency of the solar energy to enable more effective use of solar energy.
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