4.2目标跟踪定位算法设计

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1、《感测技术基础》课程设计(2015年)题目：红外线目标跟踪仪学院：数理与信息工程学院专业：电子信息工程131班学生姓名：王慧媛学号：13610106联系方式：15757907751/667751结题时间：2015年12月27日III《感测技术基础》课程设计——红外线目标跟踪仪红外线目标跟踪仪数理与信息工程学院电子信息工程王慧媛（13610106）指导老师：蒋敏兰（副教授）摘要：本装置是以MSP430F149为控制核心的基于红外线的目标跟踪系统，它能准确的在工作空间内实现跟踪仪A对白炽灯模拟热源B的自动搜索与实时定位。完成定位后A端能实现声光提示并将相关数据在OLED液

2、晶上显示。设计中，由红外接收三极管组成的传感器阵列检测B发出的光信号，经过三极管（9013）将光信号放大后并经A/D模数转换，然后通过单片机处理这些信号后，确定点光源的位置，同时利用单片机控制电机的转动，从而实现云台自动跟踪光信号；关键词：MSP430F149微控制器红外跟踪定位电机控制状态检测III《感测技术基础》课程设计——红外线目标跟踪仪目录1.课题研究背景及意义12.研究内容与设计思路12.1研究内容12.2设计指标23.系统硬件方案23.1信号采集与处理电路23.2MSP430F149主控制器23.3双电机控制33.3.1步进电机的选择33.3.2步进电机的

3、驱动44.系统软件设计54.1程序总体设计54.2目标跟踪定位算法设计65.课题总结与反思75.1实验过程中遇到的问题与反思75.2课题总结7参考文献8附件一：红外线目标跟踪仪实物图9附件二：红外线目标跟踪仪主要程序10III《感测技术基础》课程设计——红外线目标跟踪仪1.课题研究背景及意义红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米(nm)至1毫米(mm)之间，比红光长的非可见光。高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃。红外辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，自然界

4、中，一切温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将辐射的功率信号转换成电信号后，就可以实现对各种物体的探测。随着科学技术日新月异的发展，红外成像技术也逐渐显出了在国防军事、医疗和交通运输等领域的重要作用，其主要原理是根据接收目标产生的红外辐射来进行工作的，因此具有很高的隐蔽性和全天候工作的极大优势，而红外弱小信号目标的跟踪和检测技术在当今世界也是十分具有研究的意义和价值的。2.研究内容与设计思路2.1研究内容本系统主要由主控制器模块、信号调理模块、显示模块、电机驱动模块组成。以MSP430F149单片机为控制核心，利用信号调理模块将

5、红外接收管组成的传感器阵列检测到的光信号进行特殊处理，然后传送到单片机，单片机对这些信号进行转换，并通过算法确定点光源的位置，控制云台自动跟踪光信号，并将预定数据显示在OLED液晶显示屏上。系统总体框图如图1所示。图1红外线跟踪仪系统框图14《感测技术基础》课程设计——红外线目标跟踪仪2.2设计指标（1）跟踪仪A的接收面绕X轴旋转的角度大于150°，小于180°，A绕Y轴旋转角度大于330°，小于360°。（2）本设计包括自动搜索和红外目标跟踪两种模式：如果一开始没有检测到目标，则进入自动搜索模式；如果一开始或者在自动搜索模式的过程中检测到目标，则切换到目标跟踪模式。

6、（3）B(白炽灯)沿X轴或Y轴某一方向运动，A跟踪达到极限位置时自动停止。当目标B失踪时，A端具有目标丢失显示功能，即显示：“XLOST”或“YLOST”。（4）A在任意非初始位置时，按复位键能自动复位。A能搜索和定位目标B（B在工作空间内随机设置）。（5）完成定位后（达到定位精度要求），A端有声光提示。3.系统硬件方案3.1信号采集与处理电路使用红外接收三极管作为信号提取元件。红外接收管是将红外光信号变成电信号的半导体器件，它的核心是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了很大改变，红外接收管的接收面积更大，更容易对目标进行定位。本模块使用五个红外接收

7、三极管检测红外信号，利用信号放大电路进行信号调理之后送到单片机的AD采样端口，将变化的电信号转化为0~4095的数字量。根据信号的强弱判断光源的具体位置。如图3为信号调理电路的电路原理图。图2信号采集与处理电路3.2MSP430F149主控制器14《感测技术基础》课程设计——红外线目标跟踪仪采用MSP430单片机进行控制，MSP430单片机被称为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。具有低功耗、处理能力强等特点。根据需要，本设计对MSP430F149最小系