点光源跟踪系统
基于ARM的光源跟踪系统的设计
信 号 ，采 用 交错 技 术 可 以显 著提 高 升压 转 换效 率 ， 利 用其输 出 电流峰 值可 达 ｌ Ａ和 可调 的 Ｐ ＷＭ 输 出
来驱动 Ｌ Ｄ灯 ，实现亮度可调节的光源发射。 Ｅ
踪技术受 到越 来越 多的关注 ，该技 术可应用于太阳 自动跟 踪等领 域 ，使 太阳能的利用率和吸收率更高 。 １２检 测 部 分 ． 传统的光源跟踪技术多 以单 片机 为控制核 心 ，其 检 测 部 分是 整 个 系统 的关键 ，决 定 了系统 跟 踪 的精 确度 ，电路 图如图 ２所示 ，由 ５ 光敏三极 个 管组成 ，其灵 敏度和稳 定性好 ，分别置 于可沿 固定 轴 翻转运 动的平 台上 ，形 成 １０ ２ 。圆弧形 切面 ，激
极管采集 、经放大和比较后 的光 源信号 ，控 制步进电机带动跟踪平 台运动 ，结合软件进行 相关 算法的运算控
制最 终实现对点光源 的 自动跟踪 。通过对 亮度 可调的光源发 生装置模拟太阳光照进行 的跟踪实验 ，结果表 明 该系统较传统 的单片机控制在跟踪速度和精度方面有很大提升 。
关键词： 光源跟踪 ；Ｌ Ｓ １ ；步进 电机 Ｍ３ ８ １ 中图分类号 ：Ｔ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ Ｐ７
ｓ ｓ ｍ Ｓ Ｓｔ ｅ ＡＲＭ ｃｏ ｏ ｔｏ ｅ Ｍ ３ ８ ａ ｈ ｏ ｔｏ ｏ ｅ ｒ ｃ ｓ ｓｔ ｅ ｌ ｈ ｉｎ ｌｗｈ ｃ ｏ ｌｃ ｅ ｙ ｔ ｅ ｙｔ ｅ Ｕ ｅ ｈ ｍｉｒ ｃ ｎ ｒ Ｕ ｒＬ Ｓ １ ｓｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｃ ｒ ；ｐ ｏ ｅｓ ｈ ｇ ｔｓ ａ ｉ ｈ ｃ ｌ ｔｄ ｂ ｈ １ ｅ ｉ ｇ ｅ
光电追踪系统的应用场景
光电追踪系统的应用场景随着科技的不断发展，光电追踪系统作为一种高精度的物体定位和跟踪技术在多个领域得到了广泛应用。
本文将分步骤阐述光电追踪系统的应用场景。
一、游戏和虚拟现实在游戏和虚拟现实领域中，光电追踪系统可以用于感应玩家的头和手的运动，从而实现真实的游戏体验。
玩家手中的控制器可以与屏幕内的虚拟物体进行互动，玩家可自由旋转、点选、拖动等等，代替了传统游戏中的键盘和鼠标，增加了交互性、趣味性和真实感。
二、医学和运动训练在医学和运动训练领域中，光电追踪系统可以用于跟踪患者或者运动员的运动轨迹，实时测量角度、位置、速度、质量等各种运动信息，全面记录运动员的表现。
更好地评价患者或运动员的疾病或运动状况，帮助制定更有效的康复或训练方案。
对于一些特定运动，如足球、跳水等等，光电追踪系统的应用更是助力训练、规划战术的重要利器。
三、工业生产和品质控制在工业生产和品质控制领域中，光电追踪系统可以用于精准测量和定位物体，检测到不合格品，将其进行剔除，从而提高了生产的效率和产品的质量。
例如，应用于生产装配流程中，可以准确地跟踪每个物体在流水线上的位置和状态，避免生产中出现的人为失误，并保证产品的准时出厂和良好性能。
四、安防和监管在安防和监管领域中，光电追踪系统可用于对公众环境和公司资产进行监测和保护。
对于大型商场、高档住宅小区等公共场所，光电追踪系统可以做到实时跟踪可疑人员或者物品的运动轨迹，明确责任方、加强管理。
在公司内部，可以监测资产的流向、使用状态等关键信息，查看员工的出勤情况，规范员工的工作表现。
总结来说，光电追踪系统的应用场景广泛，包括但不限于游戏和虚拟现实、医学和运动训练、工业生产和品质控制、安防和监管等众多领域。
随着科技的发展和应用的深入，光电追踪系统将会更好地应用于人们的生活和工作中，为社会和人类带来更多更好的福利与效益。
点光源追踪系统设计
点光 源追 踪 系统 设 计 米
李 超 王再 明 甘 铭 韦稳稳 刘 刚
（ 石理 工 学 院 电气 与 电子 信 息工程 学 院 ， 北 黄 石 ４５０ ） 黄 湖 ３０ ３
摘 要 ： 旨在设计一个模拟强点光源追踪装置 ， 以提高光源 的利用率 。装置 由模 拟强光源和光 源追 踪２ 部分构成。模拟强光源装置采用 Ｔ 公司的 Ｌ ３７组成可调恒流源装置控制 １Ｗ 高亮度 Ｌ Ｄ光 Ｉ Ｍ １ Ｅ 源， 并且使用电阻分流和 ＭＳ４ ０ ４ Ｐ３ ｆ ７内部 Ａ Ｃ采样数显 。追踪装置采用 Ａ ｍ ｌ １ Ｄ Ｔ ｅ 公司的 Ａ ｍ ｇｌ Ｔ ｅａ６高 性能 Ａ Ｒ单 片机作为主控芯片 ， Ｖ 将采集到的信号进行综合判别和处理 ， 然后控制舵机实现对光 源的 跟踪 ， 并可实现手动校准 。 关 键词 ： 点光源 ； 跟踪系统 ； 光敏 电阻 ；Ｔ ｅａ６ Ａ ｍ ｇ１
注， 如何 提高太 阳能资源 的利用效 率 已经成 为 当今 世 界 能 源 行 业 重 要 的 话 题 。本 系 统 旨 在 设 计 一 个 模 拟 强 点 光 源 追 踪 装 置 ， 提 高 光 源 以
的利用率 。装 置 由模 拟 强 光 源 和光 源追 踪 ２ 部分 构 成 。模 拟 强 光 源装 置 采 用 ， Ｉ ＇ 司 的 Ｉ公 Ｌ １ Ｍ３ ７组 成 可 调 恒 流 源 装 置 控 制 １Ｗ 高 亮 度
Ｌ Ｃ ａ ＷＡ ／ ｈｏ ＮＧ ｉ ｎ Ｚａ ｍｉｇ
Ｇ Ｎ Ａ
ＷＥＩ Ｗｅ ｗｅ Ｌ Ｕ ｎ ｎ ｎ Ｉ Ｇａ ｇ
（ｃｏ ｅｒａａ ｅｒ ｉＩｏ ａｏ Ｅｇｅｉ ， ｕｎ ｈＩｔ ｔｏＴ ｈｏｇ， ｕ ｇ ｉ ｕｅ４５０） Ｓ ｏｏＥ ｃｉｌｎ Ｅ ｔｎ ｆｍｔｎ ｎｎ ｒｇ Ｈａ ｓ ｓｕ ｎｏ Ｈ ａ ｓ ｂ ０３ ｈ ｌｆｌｔ ｄ ｌ ｏ ｃｎ ｒ ｉ ｉｅｎ ｃ ｃ ｇ ｉｎｉ ｅｆ ｅ ｌｙ ｎ ｈＨ ｉ３ ｔ ｃ
光电追踪系统的设计原理和实践
光电追踪系统的设计原理和实践光电追踪系统的设计原理和实践光电追踪系统是一种基于光电传感器和追踪算法的系统，可以实时监测和跟踪目标物体的运动轨迹。
它在许多领域有着广泛的应用，如自动驾驶、机器人导航和安防监控等。
本文将介绍光电追踪系统的设计原理和实践。
光电追踪系统的设计原理主要包括硬件和软件两个方面。
在硬件方面，系统使用光电传感器来接收光信号，并将其转换为电信号。
光电传感器通常采用光敏电阻、光电二极管或光电三极管等。
通过合理的电路设计和信号放大，可以提高光电传感器的灵敏度和抗干扰能力。
在软件方面，光电追踪系统需要进行目标的检测、识别和跟踪。
目标检测是指在图像或视频中找到目标物体的位置和大小。
常用的目标检测算法有Haar特征检测、HOG特征检测和深度学习等。
一旦目标被检测到，系统会使用跟踪算法来实时跟踪目标的位置和运动轨迹。
常见的跟踪算法有卡尔曼滤波、粒子滤波和相关滤波等。
这些算法可以根据目标的运动特征和环境条件，实现快速准确的目标跟踪。
在实践中，光电追踪系统的应用非常广泛。
例如，在自动驾驶中，光电追踪系统可以实时跟踪周围车辆和行人的位置和速度，从而实现自动驾驶车辆的安全行驶。
在机器人导航中，光电追踪系统可以帮助机器人识别和跟踪目标位置，实现自主导航和定位。
在安防监控中，光电追踪系统可以实时监测和跟踪可疑人员或物体的移动轨迹，提高安全性和保护效果。
然而，光电追踪系统也面临一些挑战和限制。
首先，光电传感器的灵敏度和分辨率会影响系统的跟踪精度和速度。
其次，环境因素如光照、背景干扰和目标遮挡等，也会对系统的性能产生影响。
此外，系统的实时性和算法的复杂度也是需要考虑的因素。
总结来说，光电追踪系统是一种基于光电传感器和追踪算法的系统，可以实现目标的实时监测和跟踪。
通过合理的设计原理和实践，光电追踪系统在许多领域有着广泛的应用。
然而，系统还面临一些挑战和限制，需要进一步研究和改进。
希望随着技术的发展和创新，光电追踪系统能够在更多的领域发挥其重要作用。
光线追踪原理
光线追踪原理光的基本传递模型1 在一个要渲染的场景中，我们认为光能由预先指定的光源发出，然后我们以光线来描述光能的传递过程，当整个场景中的光能信息被我们计算出来后，我们收集这些信息转化为顶点的亮度。
2 光线经过物体表面可以产生反射和漫反射，光线透过物体可以产生折射和散射。
具体产生哪种出射效果，依据物体的表面属性而定。
物体的表面一般不会是理想的某种单一属性的表面，表面可以同时存在反射，折射，漫反射等多种属性，各种属性按一定比例混合之后才是其表面反射模型。
3 一点的在某一个视线方向上的光亮度＝该点在该方向的自身发光亮度＋半球入射光能在该方向所产生的反射光亮度.4 关于散射，高度真实的散射是一个很难模拟的物理过程，一般在渲染中都不会采用过于复杂的物理模型来表示散射，而是采用一些取巧的办法来计算散射。
5 在常见的渲染中，有两种效果很难模拟，但是它们会使人眼觉得场景更真实。
[1]color bleeding :入射光为漫反射，受光表面属性为漫反射，出射光是漫反射。
比如把一本蓝色的纸制的书靠近白色的墙，墙上会有浅浅的蓝晕。
[2]caustics:入射光为镜面反射或折射，受光表面属性为漫反射，出射光是漫反射。
比如把一个装了红色葡萄酒的酒杯放在木桌上面，会有光透过杯中的酒在桌上形成一块很亮的红色区域。
传统的阴影算法：游戏中传统的光照算法，是利用公式法来计算特定类型光源的直接光照在物体表面所产生的反射和漫反射颜色，然后再使用阴影算法做阴影补偿。
标准的阴影算法不能计算面光源，改进以后的阴影算法通过对面光源采样，可以模拟出软阴影的效果。
但是这些方法计算的光照都是来自直接光源的，忽略了光的传播过程，也就无法计算出由光的传播所产生的效果。
通过特定的修正，我们也可以计算特定的反射折射或漫反射过程，但是无法给出一种通用并且物理正确的方法。
目前游戏中大多是采用改进的阴影算法来进行渲染，它的优点是效率比较高，结合预计算的话，还是可以产生比较生动可信的效果。
电赛弱信号处理类题目分析
（1）提高差模电压放大倍数至AVD＝1000，同时减小输出端噪声电压。 （2）将通频带展宽为0～100Hz以上。 （3）提高电路的共模抑制比。 （4）差模电压放大倍数AVD可预置并显示，预置范围1～1000，步距为1。
2005-集成运放参数测试仪
VIO
Ri Ri Rf
VL0
IIO
Ri Ri Rf
f
（2）线性检波
例程1：手写绘图板
基本要求
（1）指示功能：表笔接触铜箔表面时，能给 出明确显示。 （2）能正确显示触点位于纵坐标左右位置。 （3）能正确显示触点四象限位置。 （4）能正确显示坐标值。 （5）显示坐标值的分辨率为10mm，绝对误 差不大于5mm。
发挥部分
（1）进一步提高坐标分辨率至8mm和6mm；要求分辨率为8mm时，绝对误差不大于4mm；分辨率为 6mm时，绝对误差不大于3mm。 （2）绘图功能。能跟踪表笔动作，并显示绘图轨迹。在A区内画三个直径分别为20mm，12mm和 8mm不同直径的圆，并显示该圆；20mm的圆要求能在10s内完成，其它圆不要求完成时间。 （3）低功耗设计。功耗为总电流乘12V；功耗越低得分越高。要求功耗等于或小于1.5W。
程控滤波器 声音引导系统 点光源跟踪系统 简易电子秤 弱信号检测装置 声音定位系统 手写绘图板，红外通信 锁定放大器的设计
简易电子秤
2005 2009 2012 2012 2014
1999-测量放大器
基本要求：
a、 差模电压放大倍数 AVD＝1～500，可手动调节； b、 最大输出电压为±10V，非线性误差 < 0.5％ ； c、 共模电压+7.5V～－7.5V， KCMR >105 ； d、 在AVD＝500时，输出噪声电压的峰－峰值小于1V； e、 通频带0～10Hz ； f、 直流电压放大器的差模输入电阻≥2MΩ
线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制系统研究
线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制系统研究线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制系统研究摘要：菲涅尔透镜是一种特殊的透镜，它可以将平行光聚焦成点光源。
线性菲涅尔式聚光镜场利用多个菲涅尔透镜排列组合，能够实现对光线的准直和聚焦，从而提高光能利用效率。
然而，在现实应用过程中，受到环境因素和机械误差等的影响，需要设计一套有效的跟踪和控制系统，以实现对入射光的精准调节和反射。
一、引言线性菲涅尔式透镜是一种聚光器，广泛应用于太阳能光伏和光热领域。
然而，由于菲涅尔透镜场所在环境多变且外界光照强度波动较大，为了提高光能利用率和工作效率，需要对光线进行有效跟踪和控制。
二、系统设计1. 光线跟踪算法：基于环境光照的变化和感知，采取功能性算法，实时跟踪光线位置和角度，并结合较为精确的光线投射模型，实现对光线的准确跟踪。
2. 机械控制：使用步进电机和相关驱动装置，控制菲涅尔透镜的运动和调节，确保透镜与光源之间始终保持最佳聚焦位置。
3. 反馈系统：通过传感器和控制器的组合，采集透镜和光源位置信息，进行实时反馈，使系统能够自动调整和补偿误差。
三、关键技术1. 光线跟踪算法：根据光线的入射角度和透射特性，在光源方位发生变化时，通过计算出反射光线的方向，精确调整透镜位置。
2. 机械控制：通过步进电机实现透镜的旋转和移动，利用PWM信号控制步进电机的转速和方向，达到精准调控的目的。
3. 反馈系统：通过光电传感器和编码器等设备，实时监测透镜和光源位置的变化，并通过控制器反馈给执行器进行调整。
四、系统性能测试进行了一系列跟踪控制系统的实验测试：在不同光照强度和光源位置变化的条件下，评估系统的响应速度、误差补偿能力以及稳定性等指标。
测试结果表明，该跟踪控制系统能够实时有效地对光线进行跟踪和调节，稳定性良好且误差较小。
五、应用展望线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制系统在太阳能光伏和光热等领域具有广泛应用前景。
在日光利用、空间光通信和光学测量等领域也具备潜在的应用价值。
全国大学生电子设计竞赛 2021年TI杯模拟电子系统专题邀请赛试题
全国大学生电子设计竞赛 2021年TI杯模拟电子系统专题邀请赛试题全国大学生电子设计竞赛2021年ti杯模拟电子系统专题邀请赛试题宽带放大器（问题a）一、任务设计制造了一种5V单电源宽带低噪声放大器，输出50Ω电阻负载。
二、要求1.基本要求（1）限定采用高速运算放大器opa820id作为第一级放大电路，ths3091dDC-DC转换器tps61087drc作为末级放大电路，为末级放大电路供电；（2）放大器电压增益r40db(100倍)，并尽量减小带内波动；（3）在最大增益下，放大器的下截止频率不高于20Hz，上截止频率不低于5mhz；（4）在输出负载上，放大器的最大无失真输出电压峰值为≥ 10伏。
2.扮演角色（1）在达到40db电压增益的基础上，提高放大器上限截止频率，使之不低在10兆赫；（2）尽可能降低放大器的输出噪声；（3）当放大器的输入为正弦波时，可以测量放大器输出电压的峰值和峰值，并进行数字显示有效值，输出电压（峰峰值）测量范围为0.5～10v，测量相对误差小于5%；（4）其他。
三、评分标准项目系统方案理论分析与计算设计报告电路与程序设计测试方案与测试结果设计报告结构及规范性小计基本要求完成第（1）项完成第（2）项分数29883301210完成第（3）项完成第（4）项小计18105010201010小计总分50130完成第（1）项完成第（2）项发挥部分完成第（4）项完成第（3）项点光源跟踪系统（问题b）一、任务设计并制作了一个光源跟踪系统，可以检测并指示点光源的位置。
系统示意图如图1所示。
光源b使用单只1w白光led，固定在一支架上。
led的电流能够在150～350ma的范围内调节。
初始状态下光源中心线与支架间的夹角θ约为60o，光源距地面高约100cm，支架可以用手动方式沿着以a为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于±45o的范围内移动，也可以沿直线lm移动。
在光源后3cm距离内、光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60cm暗色纸板。
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南京工程学院康尼学院TI杯电子设计竞赛
点光源跟踪系统
指导老师：
学生：
目录
TI杯电子设计竞赛 (1)
一.系统方案 (3)
1.1设计要求 (3)
1．基本要求 (3)
2．发挥部分 (3)
1.2方案论证与比较 (4)
1.运动控制方案的选择与论证 (4)
2.跟踪光源模块 (4)
3.模/数转化模块 (4)
二.理论分析与计算 (4)
2.1舵机的控制方法与参数计算 (4)
三.电路与程序设计 (5)
3.1系统总体硬件框图 (5)
3.2寻光模块电路 (6)
3.3程序设计流程图 (7)
四.测试方案与测试结果 (7)
4.1测试方案 (7)
五．结论与设计感想 (8)
5.1结论 (8)
5.2设计感想 (8)
六．参考文献 (8)
七．附录 (9)
点光源跟踪系统
摘要：
本点光源跟踪系统以MSP超低功耗单片机系列MSP430F147为核心，完成对光源走直线或者走圆的跟踪等功能。
在机械结构上，我们用2个舵机实现它2个自由度的寻找光源。
采用光电三极管来检测光源的位置，并用激光笔来指向光源。
基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法，实现题目要求。
我们更附加了硅光电池给它另外供电。
关键词：
MSP430F147 舵机光电三极管光源
一.系统方案
1.1设计要求
1．基本要求
（1）光源跟踪系统中的指向激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点光源；
（2）将激光笔光点调偏离点光源中心30cm时，激光笔能够尽快指向点光源；（3）在激光笔基本对准光源时，以A为圆心，将光源支架沿着圆周缓慢（10~15秒内）平稳移动20º（约60cm），激光笔能够连续跟踪指向LED点光源；
2．发挥部分
（1）在激光笔基本对准光源时，将光源支架沿着直线LM平稳缓慢（15秒内）移动60cm，激光笔能够连续跟踪指向光源。
（2）将光源支架旋转一个角度β（≤20º），激光笔能够迅速指向光源。
（3）光源跟踪系统检测光源具有自适应性，改变点光源的亮度时（LED驱动电流变化±50mA），能够实现发挥部分（1）的内容；
（4）其他。
1.2方案论证与比较
1.运动控制方案的选择与论证
方案一：使用两个舵机来搭建一个云台。
因为可以使用单片机的定时器产生PWM信号来控制舵机的转动角度和速度来寻找光源。
方案二：使用步进电机的转动来找光源。
如果用步进电机的话，还要使用步进电机的驱动，电路比较复杂。
方案选择：采用方案一。
该电路及机械结构简单，性能稳定，操作方便，在不使用驱动的情况下，依旧轻松控制方向和速度。
2.跟踪光源模块
方案一：采用光电三极管，不同的光照强度使流过光电三极管的电流变化，从而判断光源是否移动。
方案二：采用光敏电阻，根据经过光敏电阻额电流变化来判断光源是否在动。
方案选择：采用方案一。
考虑到设计要求光源跟踪系统距光源接近2米，光敏电阻几乎感觉不到光照的变化，效果不佳。
3.模/数转化模块
方案一：利用MSP430F147的内部ADC12资源，它支持高速的12位模/数。
8位的外部模拟信号输入。
方案二：采用TI公司提供的模/数转换芯片对光电三极管接收到的信号进行处理。
方案选择：采用方案一。
根据题目要求，光源变动位置速度较慢，MSP430F147的内部AD能很轻松处理，并且有12位的精度，可以同时处理8个光电三极管获取的信息。
二.理论分析与计算
2.1舵机的控制方法与参数计算
大多数舵机都是用PWM信号控制其转向，PWM信号周期为20ms，当PWM 占空比为2.5%(即在一个周期内高电平时间为0.5秒)时，舵机转到0度的位置，当PWM占空比为12.5%（即在一个周期内高电平时间为2.5秒）时，舵机转到180度的位置。
我们使用的舵机也是这样的特性。
首先，要确定MSP430F147输出的PWM信号的周期为20ms，我们用的是定时器A产生PWM波，设置时钟频率的值。
根据Tpwm=TACCR0（定时器A捕获/比较寄存器）/时钟频率=20ms；求出TACCR0。
PWM占空比=TACCR1/TACCR0;
当TACCR1=TACCR0*2.5%
舵机回0度位置。
当TACCR1=TACCR0*12.5% ，舵机回180度位置。
这样就可以改变TACCR1的值来改变占空比，实现控制舵机的具体位置。
舵机最小步进值=180/（TACCRO*12.5%-TACCRO*2.5%）
所以增大TACCR0的值可以提高舵机寻找光源的精度。
（同时要改变定时器A的时钟频率）
三.电路与程序设计
3.1系统总体硬件框图
3.2寻光模块电路
3.3程序设计流程图
否
四.测试方案与测试结果
4.1测试方案
通过4组对称的2个光电三极管的输入电压的差值的来决定2个舵机的方向。
靠外的上下2个光电三极管粗调舵机上下方向，靠内的2个光电三极管精调舵机
上下方向。
靠外的左右2个光电三极管，粗调舵机左右方向，靠内的左右2个光电三极管，精调舵机左右方向。
经过多次测试后，最终选定4个差值使得点光源跟踪系统跟踪的最精确。
4.2测试结果
五．结论与设计感想
5.1结论
经过几天的努力，我们认识到该光源跟踪系统不仅对软件要求较高，而且对机械结构及其各个硬件要求较高。
因为周围环境光变化很大，无法预测，并且要用激光笔照射到光源，想做得很优秀的确存在很大难度。
5.2设计感想
在整个光源跟踪系统中，寻光模块是最基本也是最重要的一个模块。
我们所选择的光电三极管可以轻松测出光照强度的变化，通过电压差值基本能完成题目的要求。
此方案并不是最佳方案，但在经过软件的一些小算法，我们对该跟踪系统还是很满意的。
六．参考文献
[1] 胡大可MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.
[2] 赵志刚，吴海彬. Protel DXP实用教程教程[M].北京：清华大学出版社，2004.
七．附录
图一LED电路
图二舵机模块
Page 10 of
图三 蜂鸣器模块
图四 寻光模块
Page 11 of
11
图五 供电模块
图六 单片机转接板PCB。