[电子设计精品] 基于mspf点光源跟踪系统设计

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1、基于MSP430F4260点光源跟踪系统设计报告摘要本方案采用程控恒流源来驱动LED灯,INA270A测量电流,光敏三极管作为传感器采集光强信号,采用双轴舵机作为驱动执行机构,实现了点光源的全方位三维立体跟踪,选用TI公司的MSP430F4260作为处理器.D/A输出控制LED灯的亮度,两路PWM输出用于驱动两个轴上的电机,分别采用两个光敏三极管作为两个轴方向上的差动输入,有效抑制了环境光的影响,经A/D采集输入,逻辑判断,控制两个舵机动作,确保点光源位于四个光敏三极管正对的中心,实现了快速,准确,全方位跟踪的目标.关键字:恒流LED光敏三极管舵机INA270AbstractT

2、heLEDlightsisdrivenbyprogrammableconstantcurrentsource,measuringcurrentbyIN270A,collectingthelightintensitysignalsbyphototransistor,usingabiaxialservoactuatortorealizethefullrangeofelectricallightthree-dimensionaltracking,choosingTI'sMSP430F4260astheprocessor.D/AoutputcontrolsLEDlightintensi

3、ty,twomotorsonaxi-xandaxi-zaredrivenbytwoPWMoutputs,eachonewithtwophototransistorsthatwereusedastwodifferentialinputs,inhibitingtheeffectsofenvironmentallighteffectively,viaA/Dacquisitioninput,logictojudge,controltwoservoactiontoensurethatthepointsourceisonthecentreofthefourphototransistors,

4、achievingtrackingoftargetfastly,accuratelyandcomprehensively.Keyword:ConstantCurrentLEDphototransistorsteeringINA270一、系统整体设计:二、方案论证:1.电机模块方案方案一:步进电机驱动.采用带减速器的28BYJ48型步进电机,理论精度可达5.625/64°,且控制简单,响应速度快.但电机驱动能力有限,不易用两个做成双轴形式,只能实现二维平面上的跟踪,当沿直线移动点光源时点光源会脱离光敏三极管组成的斜面,造成跟踪误差.方案二:TowerProMG945金属齿大扭矩舵

5、机驱动.可以在一个舵机的轴上固定另一个舵机实现双轴追踪,且有成品可直接使用.控制采用pwm波脉宽直接调节偏移角度,控制起来也很方便.所以本作品采用方案二.2.点光源接收方案方案一:光电池采集采用光电池进行光强采集,由于光电池短路电流与光强呈线性关系,经I/F变换可输出随光强线性变化的电压信号.但由于采集距离有两米远,电压变化较很小,要经过背景光消减,差模信号放大等一系列信号调理才能送入单片机.而且关电池接收面积大,不容易确定电光源位置.方案二:光敏三极管差动采集光敏三极管灵敏度远高于光电池,但受外界环境影响飘动比较严重,用两个光敏三极管采集电光源两侧的光强差,可以有效消除外界环

6、境光的干扰.光敏三极管接收面不仅小而且是一个有聚光功能的透镜,更容易确定点光源的位置.因此,选择方案二.3.LED驱动模块方案方案一:采用压控恒流源.通过运放op07,场效应管以及采样电阻组成压控恒流源(详细原理见下文),通过D/A输出精确控制,这样控制方便,唯一的缺点是采用线性电源,当电流较大时稳压管发热比较严重,能源利用效率不高.但通过添加散热片,可以用于一段时间的实验.方案二:采用TPS61062专用LED驱动芯片该芯片采用开关电源模式,效率较高可达80%,但由于采用贴片封装,虽然经过电路板引出,我们测试时,只实现了PWM对其亮度的控制,对于数字控制方式精确控其电流没有能

7、够实现,所以不得不放弃这个方案.因此,最终我们选择了方案一.4.电流测量模块方案一:采用小阻值的精密电阻或者康铜丝,但很遗憾我们手边没有买到器材.方案二:采用9个1Ω普通电阻电阻并联.然后使用INA270转换为电压信号,送入单片机进行A/D转化,经过换算后通过液晶显示出来.采用9个1Ω普通电阻并联不仅可以减小流过每个电阻的电流减小发热的影响,还可以提高电阻精度减小误差.三、各模块原理,实现以及理论分析计算:1.LED驱动及电流检测电路如下:Op07虚短,DAC输入电压相当于直接加到R2上,忽