点光源跟踪系统设计

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点光源跟踪系统(四路)

电子设计报告点光源跟踪系统（B题）组员：樊华姚文涵沈洁学校：南京师范大学中北学院专业：电子信息工程指导老师：朱晓舒目录摘要 (3)关键词 (3)一、引言 (4)二、系统方案选择与论证 (5)2.1各种方案设想及论证、优缺点 (5)2.1.1 光敏元件选择方案 (5)2.1.2 光源检测方案 (6)2.1.3 传感器布局方案 (7)2.1.4光电跟踪系统前置放大电路方案 (7)2.1.5 外界环境干扰及其消除方案 (8)三、理论分析与计算 (8)3.1 LED亮度可调电路的理论分析与计算 (8)3.2光电跟踪系统前置放大电路理论分析与计算 (9)四、电路与程序设计 (11)4.1系统的硬件设计 (11)4.1.1微处理和微控制系统单片机 (11)4.1.2电机类型选择 (11)4.1.3系统供电电源设计 (11)4.1.4点光源LED亮度可调电路 (12)4.1.5 光电跟踪系统前置放大电路（跨阻放大器） (12)4.1.6步进电机驱动电路 (12)4.1.7 机械部分的设计 (12)4.1.8系统总体硬件电路框图 (13)4.2系统的软件设计 (13)4.2.1 软件设计总体思想 (13)4.2.2 系统软件结构设计框图 (13)五、测试方案、结果及分析 (15)六、部分设计亮点及调试难点解决方案 (16)6.1 硬件电路设计创意 (16)6.2 用光的特性（直线性）设计检测方法，进行位置精确定位 (16)6.3 软件部分控制精髓 (17)七、总结 (17)八、结束语 (17)九、附录 (18)附录一：系统+12V、+5V供电电源电路图 (18)附录二：LED亮度可调电路 (18)附录三：光源跟踪系统前置放大电路（I-V转换电路） (19)附录四：TLV1544 AD转换电路 (19)附录五：步进电机驱动电路图 (19)附录六：整机系统相关电路图 (20)附录七：整机系统实物图 (20)十、参考文献 (21)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能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，该光源跟踪系统能够跟踪点光源位置并由激光笔尽快指向点光源的光电方式定位，以考核光源跟踪系统跟踪点光源的灵敏度以及激光瞄准点光源的精确性来评判设计完成指标。

基于MSP430的点光源跟踪系统的设计

中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2010)11-0160-03基于M SP430的点光源跟踪系统的设计朱丽霞(常州轻工职业技术学院,常州213164)摘要:系统是以T I公司的超低功耗M C U M SP430为核心,利用光敏二极管排列成矩阵对摄像头采集点光源在液晶屏所成的像进行采样,经过单片机运算后适时的调整和控制步进电机来实现工作台X/Y方向移动,以达到精确定位的目的。

经过实际的参数的测试和分析,验证了系统的可行性和有效性。

关键词:M SP430;跟踪;光敏检测;步进电机控制;摄像头Desi gn of tracki ng syste m for a poi nt source based on M SP430Z HU Li x ia(Changzhou Institu te of L igh t I ndu stry T echnology,Changzhou213164,Ch ina) Abstract:A point source fro m the ca m era LCD screen is captured using Pho tod i o des arranged i n a m atrix i n to the i m age of the sa m p le i n th is desi g n syste m tak i n g ultra l o w-po w er MCU M SP430.The stepper m otor is adjusted ti m e l y and controlled to achieve the tab le X/Y d irecti o n i n order to ach ieve the purpose of precise position i n g after the m icr ocontr o ller operati o n.A fter the act u al test and analysis of para m eters,the feasi b ility and effecti v eness of the syste m is verified.Key words:MSP430;track i n g;sensitive detecti o n;stepper mo tor con tro;l ca m era0 引言文中设计的系统是源自于2010年T I杯江苏省电子设计大赛,要求是设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统,系统示意图如图1所示。

点光源跟踪系统的研究

点光源跟踪系统的研究[摘要] 本系统采用MSP430F2274作为控制核心，通过键盘修改参数，全面实现了题目中的基本要求和发挥部分要求。

建立二维坐标，使用两个舵机分别控制随动系统垂直方向和水平方向，使得激光笔能够更加快速准确的指向光源，尤其是当光源沿直线运动时。

当光源移动30cm时，随动系统能够快速自动找到光源。

[关键词] MSP430 随动系统实时跟踪伺服电机一、方案比较与论证本设计要求实现随动系统能够定点找到光源，随动追踪光源，光源沿弧线和直线运动时均能够找到光源等。

根据题目要求，本系统由单片机、LED光源、捕获光强、放大电路、舵机等五个模块构成，各模块经过多个方案的比较与论证，最终提出了使系统最优化的整个系统方案。

系统总体框图如图B-1所示。

1、捕获光强系统模块捕获光强系统模块主要由光敏三极管、激光笔组成。

方案一：一维随动系统，采用一个光敏三极管和一个激光笔的方式。

如图B-2所示。

G为光敏三极管J为激光笔光敏三极管G位于激光笔J的上方，两者在垂直方向处于同一直线上，以光敏三极管为中心可水平转动。

初始调整位置时，光敏三极管的轴线与激光笔的轴线要相交于光源B。

光敏三极管接收来自光源B的光照，如图B-3。

首先找到让光敏三极管扫描一次，得到最大电压值Um，从而找到最大的光强位置，即光源。

当光源发生移动时，光敏三极管接收到的光强减小，此时控制随动系统跟踪光源的运动方向进行移动。

此方案电路简单，容易调整三极管和激光笔的初始位置。

但是光源沿直线运动时，光敏三极管和激光头的轴线不可能交与一点，导致跟踪光源时出现偏差。

由于随动系统只能水平转动不能垂直转动，导致当光源沿直线LM移动时，激光笔不能准确的指向光源，存在固有误差图B-3三极管接受光源示意图方案二：二维随动系统。

采用四个光敏三极管成十字形排列，一个激光笔位于十字中心。

如图B-4所示。

图B-4方案二其中采用一个伺服电机控制L和R两个光敏三极管三极管用于沿水平方向捕获光强，另一个伺服电机控制S和X用于沿垂直方向捕获光强，最终寻找的光源位置为水平扫描和垂直扫描的交点。

基于单片机msp430的点光源跟踪系统设计

基于msp430的点光源跟踪系统设计周小军何志龙武小栋摘要本设计采用MSP430F149 单片机作为整个系统的控制核心，利用4个光敏三极管来接收点光源发出的光并将检测到的信号放大后传给控制器MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的位置，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。

当水平方向上的2路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。

关键词： MSP430 点光源跟踪传感器1 方案设计与论证根据题目的要求，系统的设计可分为控制器（msp430）模块，电机驱动模块，点光源检测模块，液晶显示模块，LED 驱动模块组成。

系统设计总框图如图1：1.1主控芯片的选择方案一：采用传统的51单片机，运用比较广泛，上手比较快。

但是本系统的程序量比较大，内部资源要求比较丰富，51单片机难以胜任这些功能。

光敏三极管键盘MSP430F149 1602液晶纵轴电机横轴电机图1 系统设计总框图方案二：采用MSP430F149低功耗单片机，其I/O口资源丰富，有12位AD转换、16位定时器、精密的比较器等，信息处理功能强大，能够很好的实现系统的要求。

故选择此方案。

1.2电动机的选择本系统电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：方案一：步进电机。

在非超载的情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。

每给一次脉冲信号，电机能够转过一个步距角。

方案二：直流减速电机。

此电机在正常通电状态下，转速平稳，角度的变化也近乎连续，控制简单方便。

根据设计的要求可知，直流减速电机的速度不容易控制，而步进电机的控制和实现相对简单一些。

因而选用方案一。

1.3电动机驱动方案的选择本系统中选的是步进电机，步进电机驱动有一下三种方案可选择：方案一：采用功率三极管作为功率放大器的控制步进电机。

点光源跟踪系统的设计

点光源跟踪系统的设计谭翠兰【期刊名称】《江汉大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(42)1【摘要】Designs a point light source tracking system based on TI Company′s MCU MSP430F149. The system is composed of four parts:white LED driver circuit,light source detect-ing circuit,data processing and tracking control device. The MCU processes the data of light intensi-ty which detected with photosensitive resistances device,and two stepper motors moving in X/Y di-rection with PWM method,so as to make the laser pen track the light source. Introduces the working principle of the system,gives the hardware design circuit and part of mechanical structure,and elab-orates the key tracking algorithm. The experiment results show that this system can track the light source better and has self-adaptability;it has good reference value in the tracking of solar energy.%以TI公司的单片机MSP430F149为核心，设计了一个点光源跟踪系统。

点光源跟踪设计报告

“点光源跟踪系统”的设计与实现摘要：本点光源跟踪系统由MSP430F5438单片机、bh1750fvi-e光强传感器，LED 灯和云台等组成闭环控制系统，主要模块有LED驱动电路模块、云台控制模块和光能检测模块。

在芯片TPS61062控制的驱动电路作用下产生电流可调的点光源，通过光能检测模块比较各方位光照强度，控制不同继电器的导通从而控制云台向某个方向转动，实现追光功能。

而且，需要校准时也可以用红外进行手动调节。

关键词：MSP430单片机，光能检测，云台控制“The point source Tracking System” 的设计与实现Abstract：The point source tracking system by the MSP430F5438 MCU, bh1750fvi-e light intensity sensors, LED lights and head composed of closed-loop control system, the main module has LED driver circuit module, PTZ control module and the light detection module. TPS61062 chip under the control of drive circuit produces current adjustable light source, light detection module by the parties to place light intensity compared to control conduction of different relays to control head rotation in a certain direction, to achieve functional recovery of light. Moreover, the need for calibration can also be adjusted manually using infrared.Key Words：MSP430 microcontroller, light detection, PTZ control一、方案比较与论证1、LED驱动模块的方案比较与论证方案一：用电源直接在LED的两端加一个电压使LED发光，但这样需要一个可调电压源，通过调节电压来改变LED的电流，从而实现亮度的调节，由于电压的调节很难实现精确的步进，使得这种调节方式线性度很差，给我们监测电流造成了一定的难度，而且这种方案容易损坏LED灯，故未采用此方案。

-》基于光敏技术的点光源跟踪系统的设计

基于光敏技术的点光源跟踪系统的设计夏淑丽张江伟（徐州工业职业技术学院，江苏徐州221140）摘要本系统以MSP430F4270单片机为控制核心，用光敏电阻作为光源检测传感器，舵机构成执行机构，以舵机驱动激光笔水平或上下移动；由单片机根据光源传感器的信号，采用PID算法输出PWM波控制舵机带动激光笔指向光源。

关键词MSP430F4270LM358TLV1117-3．3reg1117光敏电阻中图分类号TP23文献标识码B文章编号1000-3932（2011）03-0291-03在太阳能电池、太阳能热水器等很多领域中都要对光源进行跟踪，这样做能够使太阳能设备的工作效率、能量吸收率更高。

笔者利用激光笔对点光源进行跟踪，其原理和自动跟踪太阳能设备是一样的。

笔者以1W白光LED作为光源，固定在一支架上。

且LED的电流能够在150 350mA范围内调节。

在一定角度、范围内移动支架，且确保光源跟踪系统中的激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点光源。

1方案设计1．1方案分析由于光源为1W白色LED，为使其稳定工作，最好使用恒流源供电；要实现跟踪装置且要检测光照强度判断光源的位置，因此光电传感器的选择也尤为重要。

①1．2设计方案选择1．2．1恒流源的选择对于恒流源电路，本设计选用LM358芯片构成恒流源。

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。

电源电压范围宽，单电源（3 30V），双电源（ʃ1．5 ʃ15V）低功耗电流，低输入偏流、输入失调电压和失调电流，使用更灵活［1］。

1．2．2光敏器件的选择光敏器件包括光敏二极管、光敏三极管及光敏电阻等。

其中光敏电阻是利用光的入射引起半导体电阻的变化来进行工作的。

光敏电阻属半导体光敏器件具有灵敏度高、光谱响应范围宽、重量轻、机械强度高、耐冲击、抗过载能力强、耗散功率大以及寿命长等特点［2］。

同时考虑到本设计需要实现元器件在结构上的连续排列，因此本设计采用光敏电阻。

点光源跟踪系统课程设计

实用文档指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院计算机控制技术课程设计报告设计题目：光源随动系统单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间： 2013 年 6 月重庆邮电大学自动化学院制摘要本设计给出了一种基于单片机的点光源自动跟踪系统设计方案, 该设计使用TI公司的超低功耗的AT89C52单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。

利用8路光敏电阻来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大后进行AD转换，将转换的结果传给控制器AT89C52单片机，经过过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号控制两台步进电机，使其跟随点光源运动。

本设计可以扩展为以后的太阳能发电的自动跟踪系统。

该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。

关键词：AT89C52单片机、光源、自动跟踪、传感器目录摘要.................................... 错误！未定义书签。

目录.. (3)一设计题目 (4)1.1 基于单片机的光源自适应控制系统设计 (4)1.2 设计要求 (4)二设计报告正文 (5)2.1 设计方案总体方向的选择 (5)2.1.1 系统方案的拟定 (5)2.1.2 方案选择 (5)2.2 硬件电路的设计 (6)2.2.1 A/D转换模块 (6)2.2.2 步进电机模块 (9)2.2.3 电机驱动模块 (11)2.2.4 检测模块 (13)2.2.5 单片机模块 (14)2.3 系统软件设计 (18)三总体调试 (19)3.1 总体调试 (19)3.2 问题及解决方案 (19)3.2.1 通道比较阀值的设置 (19)3.2.2 电机的防抖 (19)四设计总结 (20)五参考文献 (21)六附录 (22)一、设计题目1.1基于单片机的光源自适应控制系统设计设计一控制系统，假设有一个太阳能电池板，为了使电池板最大限度的接受光照强度，通过控制器调节电池板的角度使电池板始终正对光线。

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ｍｏｏｓｒｅｌｓｒｅｓｎｃｕａｅｐｓｉｎｎ．Ｍ３ｔｐｃｌｏｓｎ—ｕｒｎｏｒｅｃｒｕｔｍｐｅｎｅｄｕｔｂｅｔｒｉｅｎｄａｃｌｔｏｉｏｉｇＬｉａｃｎｔｔｒｅｔｕｃｉｉｉｌｍｅｔｓａｊｓｌｄｖａｐａｔ１ｙ７ａｃｓｃａｓｏｅｔｄｕｔＥｇｔｉ —５ｍＡ．ｈｏｅｓｓｍｅｙｇｏｏｌｔｄｗｉｉｅｓｅｉｅａｇａｋｎｃｐａｊｓＬＤｌｈｓｎ１０３０ｏｉ５Ｔｅｗｈｌｙｔｉｖｒｏｄｃｍｐｅｔｎｔｐｃｆｄｒｎｅｔｃｉｇｅｓｅｈｈｉｒ
１引言
文中设计的系统是源自于２１００年Ｔ杯湖北省电子Ｉ设计大赛，要求是设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，系统示意图如图１所示。光源Ｂ使用单只１白光ＬＤ，固定在一支架上。ＬＤ的ＷＥＥ电流能够在１０３０ｍＡ５５ｍＡ的范围内调节。初始状态下光源中心线与支架间的夹角约为６。光源距地面０，
ａｄｐｎｉｈｏｒｅｉｒｇｔｅｓｃａｇｓｉａｏｄａａｔｂｌｔ．ｎｏｉｔｌｇｔｓｕｃｎｂｉｈｎｓｈｎｅ，ｔｈｓｇｏｄｐａｉｉｙＫＥＹＯＲＤＳｔｐｉｇｍｏｏ；Ｓ４０ｈｔｃｎｕｔｖｅｉｔｎｅｃｎｔｎ — ｕｒｎｏｒｅＷ：ｓｅｐｎｔｒＭＰ３；ｐＯＯＯｄｃｉｅｒｓｓａｃ；ｏｓａｔｃｒｅｔｓｕｃ
ＤｅｉｎｏｏｌｈｒｃｉｇＳｓｅｓｇｆＳｐｔｇｔａｋｎｙｔｍｉＴ
ＬＥＩＤａ，ｎＨＥＷｅ，ｉｇｉＬＩＪｎ（ｐｒｍｅｔｆｔｍａｉｎＨｕｚｏｇＵｎｖｒｉｆｃｅｃｎｅｈｏｏｙＷｕｈｎａｃ，ｈｎ４０６ｈｎＤｅａｔｎｏｔ，ａｈｎｉｅｓｙｏｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｃａｇＢｒｎｈＷｕａ３０４Ｃｉａ）ｏＡｕｏｔＳ
ｃｎｒｌｗｏｓｅｐｅｔｒｃｏｄｎｏｔｅｄｆｅｅｔｒｓｏｅｐＯＯＯｄｃｉｅｒｓｓａｅｂｈｏｒｓｏｄｎｏｔｏｓｔｔｐｒｍｏｏｓａｃｒｉｇｔｈｉｆｒｎｅｐｎｓｈｔｃｎｕｔｖｅｉｔｎｃｙｔｅｃｒｅｐｎｉｇｐｏｒｍｏｔｇａｕ，ｈｎｉｒａｉｅｔｅｉｌｍｉａｔｆｄｔｃｉｎａｄｔａｋｎｅｌｔｅｄｓｌｙｖｌｇｙｔａｈｔｐｅｒｇａｖｌｅｖｌｅｔｅｔｅｌｈｌａｚｕｎｎｅｅｔｎｒｃｉｇｒａ —ｉｉｐａｏｔｅｂｈｔｅｓｅｐｒｏｏｍａｔ
《动技与》０２第３卷期自化术应用２１年ｌ第ｌ
仪器仪表与检测技术
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点光源跟踪系统设计
雷丹．何为，李静
（中科技大学武昌分校机电与自动化学院，华湖北武汉４０６）３０４
Ｌ１典型恒流源电路实现ＬＤ电流在１０３０Ｍ３７Ｅ５５ｍＡ范围内可调，而调节ＬＤ灯光的强弱。个系统很好的完成了规定范从Ｅ整
围内的点光源跟踪，并在光源亮度发生改变时具有较好的自适应性。关键词：步进电机；Ｐ３；ＭＳ４０光敏电阻；恒流源中罔分类号：Ｐ０２Ｔ２２．文献标识码：Ｂ文章编号：０３２１２１）１０６ — ４１０７４（０２０～０８０
ＡＢＴＡＣＴｅｓｓｍｋｓｈｗｐｗｅｏｓｍｐｉｎＭＣＴｏａｙａｅｃｒ，ｈＰＭＳ４０ｐｏｅｓｒＭＳ４０ＳＲＴ：ｈｙｔｔｅｅｌｏｒｎｕｔＵＩｍｐｎｓｈｏｅｔｅＣＵＰ３ｒｃｓｏ（Ｐ３）ｅａｔｏｃｏｃｔ
文中采用ＭＣＭＳ４０作为控制核心，ＵＰ３充分发挥了其
功耗超低、精度较高等优势，其他各部分电路设计时也
充分考虑了简单、可靠、经济等因素，为实际应用提供了一定的参考价值。
摘要：本系统以Ｔ公司的超低功耗ＭＣＰ３处理器为核心，ＰＭＳ４０根据光敏电阻所反应的不同电压值经相应程序对ＩＵＭＳ４０ＣＵ（Ｐ３）两个步进电机进行控制，进而由步进电机带动激光笔进行左右和上下精确定位，实现对光源的跟踪并对检测电压进行实时显示。