自动射击报靶装置报告.pdfVIP

1 20122012 年年 TITI 杯杯 辽宁省大学生电子设计大赛辽宁省大学生电子设计大赛 设计题目 设计题目 自动射击报靶装置 E 题 小组成员 小组成员 指导老师 指导老师 刘猛 所在院校 所在院校 沈阳理工大学 信息科学与工程学院 2012 年 8 月 5 日 2 自动射击报靶装置 自动射击报靶装置 E E 题 设计报告题 设计报告 摘要摘要 本设计以目前先以 51 单片机为核心 设计并制作一个激光自动 射击的报靶装置系统 由激光笔改造而成的激光枪 激光枪可放射出 长达 3 5 秒的光斑射到胸环靶上 通过摄像头收集胸环靶上的图像信 息 回传给单片机 单片机通过该信息进行图像处理 采集到弹着点 的位置 输出到图形点阵显示器 12864 上 且通过 1602LCD 显示弹着 点相对十环中心的位置 其中可键控激光枪在胸环靶上的弹着点位 置 该模块通过两个步进电机分别实现弹着点的上下 左右移动 而 且通过键控可实现在 15 秒时间内智能的使弹着点射到十环区域内 系统由激光笔模块 键控弹着点模块 包括电机的转动与驱动 电路 摄像头模块 显示模块等电路构成 关键词 关键词 自动射击自动射击 激光枪 激光枪 胸环靶 胸环靶 步进电机 步进电机 弹着点 单片机 弹着点 单片机 3 目录目录目录目录 一 系统方案设计论证 4 1 1 主控芯片的选择方案 4 1 2 键控弹着点方案 4 1 3 摄像头模块方案 5 1 4 显示方案 报靶模块 5 二 系统实现 6 三 系统测试及分析 7 四 作品部分设计亮点 8 五 结论及设计感想 8 参考文献 8 附录 9 4 自动射击报靶装置 自动射击报靶装置 E E 题 设计报告题 设计报告 一 系统方案设计论证一 系统方案设计论证 1 11 1 主控芯片的选择方案主控芯片的选择方案 控制处理是整个设计的核心 它对整个系统的工作尤为重要 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 故摄像头的 图形信息处理不能用此芯片 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 但是目前水平有限 不能熟练的 掌握它的全部应用 而且时间紧迫 方案三 用 51 单片机来实现键控模块 电机驱动 以及LCD 对 弹着点的位置信息的显示 摄像头所收集的信息通过飞思卡尔的芯片 进行处理 可用串行通信传给 51 单片机进行系统功能的实现 故此选择方案三 1 21 21 21 2 键控弹着点方案键控弹着点方案键控弹着点方案键控弹着点方案 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 继而使弹着点按要 求出现在指定位置 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 5 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 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 线性 型驱动的 电路结构和原理简单 加速能力强 但是电路比较复杂 方案二 采用由达林顿晶体管阵列 ULN2003 用单片机控制达林 顿管使之工 作在占空比可调的开关状态下 精确调整电动机转速 单驱动能力比较弱 方案三 采用恒压桥式驱动芯片 L298N 驱动能力强 电路简单 使用方便 故选择此方案 1 31 31 31 3 摄像头模块方案摄像头模块方案摄像头模块方案摄像头模块方案 本模块采用集成的 ZY7620 V4 0 摄像头用于图像的采集 1 41 41 41 4 显示方案 报靶模块显示方案 报靶模块显示方案 报靶模块显示方案 报靶模块 该模块分为两部分 一部分用于显示弹着点相对十环的位置信息 6 用文字表示 另一部分用于显示弹着点在胸环靶中的图像信息 位置方案 LCD1602 微功耗 体积小 超薄轻巧 在各类仪表 和低功耗系统中得到广泛的应用 所以可用LCD1602 显示弹着点的 相对于十环的位置 图像方案 12864 液晶显示是 128x64 点阵的汉字图形型液晶显 示模块 可显示汉字及图形 内置 8192 个中文汉字 16x16 点阵 128 个字符 8x16 点阵 及 64x256 点阵显示 RAM GDRAM 可与 CPU 直接借口 提供两种界面来连接为处理机 8 位并行及串行两种 连接方式 既有光标显示 画面移位 睡眠模式等功能 故此可以很 好的显示胸环靶和弹着点的图形信息 二 系统实现二 系统实现 用一块单片机 C51 的最小系统通过两片驱动芯片 L289N 控制两 个步进电机的转动方向 进而控制激光枪的移动 激光枪的工作时间 由 C51 的系统输出使能信号控制 摄像头有另一个单片机系统控制 摄像头将采集到的图像信息传 输到系统中 系统通过比较激光枪工作前和工作后摄像头所采集到的 图像信息的差异 找到激光枪打靶的位置信息 没有差异则考虑激光 枪脱靶 然后将该位置信息用文字形式显示到 128X64 的点阵显示 器的右半部份 而点阵显示器的左半部分显示一个胸环靶的模拟图 像 并将激光枪的位置信息以闪烁点的形式显示在胸环靶上 7 图 2 1激光枪自动射击装置示意图 三 系统测试及分析三 系统测试及分析 1 激光枪的手动控制测试 系统初始化完成后 分别按下用于控 制上下左右的按钮 观察激光枪的移动方向 结果分析 能实现激光枪的方向控制 但是由于激光枪与胸环 靶的距离较大 在步进电机的最小步进角一定的情况下 激光枪在靶 上的光斑的移动距离过大 而且光斑有散射现象 导致直径较大 2 摄像头模块以及位置信息显示模块测试 摄像头初始化完成后 在激光枪没有工作时先采集两帧图像 将两帧图像的处理结果显示到 显示器上 若显示脱靶 则说明该模块能正常工作 然后在激光枪工 作前采集一帧图像 激光枪工作后在采集一帧图像作分析 得到位置 信息 然后在显示器上显示出来 结果分析 在正常室内光照条件下 该模块能够正常工作 得 出光斑的位置信息 8 四 作品部分设计亮点四 作品部分设计亮点 在处理摄像头采集到的图像数据时 才用了一个较为巧妙的处理 方法 具体思路如下 在激光枪没有工作时先采集一帧胸环靶在当前光照条件下的图 像数据 然后采集一帧激光枪工作时的图像 然后将两次采集到的图 像的数据 灰度值 作差 得到一个差值 将这个差值与事先设定的 一个阀值作比较 若大于阀值就说明该像素值所在的位置就是激光在 靶上的点的位置 求出所有差值大于阀值的像素点 并标记它们所在 的位置 处理完成后 可以得到光斑的位置信息 取出位置信息的中 间点作为光斑的位置信息 将该信息显示到显示屏上 五 结论及设计感想五 结论及设计感想 综上所述 在激光枪自动射击系统中 控制系统和电机的选取 以及步进电机的控制算法在实现激光枪的移动的精确度上取到了决 定性的作用 本系统可以达到题部分目基本部分和发挥部分的要求 参考文献参考文献 1 大学生电子设计竞赛组委会 第五届全国电子设计竞赛获奖作品选编 北京 北京理工大学出版社 2003 2 何立民 单片机高级教程应用设计 北京 北京航空航天大学出版社 2000 3 朱定华 单片机原理与接口技术 电子工业出版社 2006 4 刘瑞新 单片机原理及应用教程 机械工业出版社 2003 5 吴普特 牛文全等 现代化高效节水灌溉设施 化学工业出版社 2002 9 附录附录 步进电机以及激光枪的控制程序步进电机以及激光枪的控制程序 include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit light P1 0 uchar int time int i j k l second uchar codes 0 x01 0 x03 0 x02 0 x06 0 x04 0 x0c 0 x08 0 x09 uchar codes2 0 x09 0 x08 0 x0c 0 x04 0 x06 0 x02 0 x03 0 x01 void delay uint z void delay2 void delay3 void runleft int i void runright int i void runup int i void rundown int i void main light 1 P3 0 xff i j k l 0 TMOD 0 x01 使用定时器 T0 EA 1 开中断总允许 ET0 1 允许 T0 中断 TH0 65536 46083 256 定时器高八位赋初值 TL0 65536 46083 256 定时器低八位赋初值 int time 0 中断计数变量初始化 second 0 秒计数变量初始化 while 1 if P3 7 0 delay3 if P3 7 0 i if i 8 i 0 while P3 7 runleft i 10 else if P3 6 0 delay3 if P3 6 0 j if j 8 j 0 while P3 6 runright j else if P3 5 0 delay 3 if P3 5 0 k if k 8 k 0 while P3 5 runup k else if P3 4 0 delay3 if P3 4 0 l if l 8 l 0 while P3 4 rundown l if P3 2 0 delay3 11 if P3 2 0 while P3 2 light 0 TR0 1 if P3 3 0 delay3 if P3 3 0 while P3 3 light 0 void delay uint z uint x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void delay2 int i j for i 0 i 25000 i for j 0 j 16 j void delay3 uchar j for j 0 j 200 j void runleft int i P2 s i delay 5 void runright int i 12 P2 s2 i delay 5 void runup int i P0 s i delay 5 void rundown int i P0 s2 i