[电子设计精品] 点光源跟踪系统报告)

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1、点光源跟踪系统设计报告摘要本设计以TI公司的超低功耗MCUMSP430处理器为核心，设计并制作一个检测并跟踪白光LED点光源位置的光源跟踪系统。通过利用感光元件(光敏二级管），将光强转换为电压信号并进行放大，送AD转换，然后通过MSP430单片机进行计算和分析，并利用分析结果控制步进电机带动光笔运转，准确跟踪光源的运动。系统由430单片机系统（含按键和液晶显示）、光电检测和放大、AD转换、步进电机驱动控制电路等组成。为了克服环境光的影响和测量过程中的干扰，系统中采用了8个廉价光电传感器（分为2组）进行测光。其方法是，首先对每组光电传感器进行多次测量和转换，在进

2、行平均值滤波后，对滤波后的两组结果求差值，确定光源偏离方向，产生步进电机控制信号，从而控制激光笔的移动，达到跟踪光源进行准确定位的目的。本课题所采用的电路简单，算法合理。经过实际制作和测试，完全达到了题目基本部分和发挥部分的所有要求，效果很好。关键词：MSP430白光LED点光源跟踪感光元件步进电机19点光源跟踪系统（B题）设计报告一、系统方案设计论证1.1感光器件选用方案感光部分是整个设计的基础，它对整个系统的工作尤为重要。方案一：选用光敏电阻作为感光器件。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射

3、光弱，电阻增大。光照特性曲线及伏安特性曲线如下图：光敏电阻的光照特性曲线光敏电阻的伏安特性曲线方案二：选用红外接收管作为感光器件。红外接收二极管广泛用于各种家用电器的遥控接收器中。红外接收二极管能很好地接收红外发光二极管发射的波长为94Onm的红外光信号，而对于其他波长的光线则不能接收，保证了接收的准确性和灵敏度。其方向性强，受外界干扰小，精度高，特别适合红外成分较多的光线。方案三：选用光敏二极管作为感光器件。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压，其检测范围宽。其光照曲线及伏安特性

4、曲线如下图所示：光敏二极管的光照曲线光敏二极管的伏安特性曲线考虑到光源照射到感光元件侧面时光照较弱，灵敏度较高，可利用光敏二极管具有较宽的检测范围，将其作为粗调。故选择方案三。191.2光源检测方案下图为光源照射光敏器件示意图：光敏二极管组A(四个)激光笔圆形转台光敏二极管组B(四个)光源源方案一：直流电机带动激光笔转台直流电机是将直流电能转换为机械能的转动装置，电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。其调速性能好，调速范围宽，可以均匀地实现转速调节。但其换向困难，会产生火花，寿命短，且其转动角度不能精确

5、控制。IN1IN2光敏二极管组A感应电压H桥单片机驱动电路求差采样20次求和光敏二极管组B感应电压逻辑1、0直流电机M求平均值求平均值采样20次求和方案二:步进电机带动激光笔转台步进电机是一种将电脉冲转化为不连续的机械运动的机电装置。当施加适当的电脉冲指令时，电机转子的出轴或外转子将会以不连续的步进增量旋转。所加脉冲的顺序直接决定着电机转轴旋转的方向。电机转轴旋转的速度取决于所加脉冲的频率，而旋转的角度或者圈数和所加的脉冲数成正比。其方案如下：19IN1IN2IN3IN4驱动电路M步进电机采样20次求和求平均值求平均值光敏二极管组B感应电压采样20次求和求差单

6、片机光敏二极管组A感应电压方案三:用减速步进电机带动激光笔转台假定选用精度较高的1.8度的步进电机，在200cm的距离情况下，电机每转动一个步距，激光笔在光源位置行走的距离约为6cm，误差大，形成震荡状态，控制困难，达不到题目规定的要求。因此，我们根据需要，选择了运用减速步进电机带动激光笔转台。减速步进电机步距更小，控制精度更高，根据实验情况，该方案完全满足题目要求，故选择方案三。二、系统实现2.1硬件设计2.1.1系统框图光源光电传感器放大A/D转换单片机显示步进电机键盘2.1.2单元电路设计2.1.2.1感光及放大电路19感光电路中将8个光敏二极管呈弧形且

7、对称固定在激光笔转台上，将光电传感器感应到的光信号转化为电信号并进行放大。2.1.2.2步进电机驱动电路L298N是恒压恒流桥式2A驱动芯片内部包含4通道逻辑驱动电路。其可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4.5～7V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。输出电流可达2.5A。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动步进电机。2.1.2.2MSP430单片机最小系统板192.2软件设计2.2.1软件流程ADC12中断存数据，count++采样次数Count=20?Cyflag

8、=1关中断并清count结束YN定时器