8-点光源跟踪系统报告(黄冈师范学院第三组)..doc

2010年“TI杯”湖北省大学生电子设计大赛 点光源跟踪系统（B题）设计报告 徐国楚 袁利才 刘俊芳 黄冈师范学院 物理科学与技术学院 2010年8月22日 点光源跟踪系统（B题）设计报告 摘要 本设计以TI公司的超低功耗MCU MSP430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 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 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控制。 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： 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 2.1.2 单元电路设计 2.1.2.1 感光及放大电路 感光电路中将8个光敏二极管呈弧形且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通道逻辑驱动电路可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接45～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达25A。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。 2.2 软件设计 2.2.1 软件流程 三、系统整体测试及分析 3.1 测试步骤