外文翻译-基于MSP430的光线跟踪系统的设计

0中文译文基于MSP430的光线跟踪系统的设计摘要介绍了一种基于MSP430的光线跟踪系统。首先提出两个设计方案,然后相互比较。最后,设计mechod硬件和程序,实验证明,设计的光快速响应的跟踪系统具有很强的适应性和灵活性。关键词MSP430；点光源；跟踪I.介绍光测量和跟踪应用于新能源和图像处理领域具有较强的实用性。光定位技术测量在各个领域有着重要的应用,尤其是自动化领域,如光定位技术应用在机器人系统中,通过一系列固定的合作行动红外摄像机和红外或光传感器,达到定位的目的,因为光度的特点，实现高精度跟踪,其所需的设备是复杂的。本文提出了系统的光线跟踪,该计划简单,可靠,测量效果好。II.方案设计该设计提出对点光源跟踪定位系统,在一定的光照条件下,可以快速找到光源,如果这一点光线是静态的,该系统可以精确地确定位置,当点光源的位置改变(沿着一条直线或曲线),系统可以跟踪它的瞬间。系统选择LED点光源的功率为0.5W(点光源亮度可调),和红色激光用作跟踪指令,然后,二维摇摄及倾斜拍摄角度的驱动作为驱动跟踪对象。根据设想,有两种解决方案:分区域法和全向法。A.分区域法分区域法的设计思想是,将光源的移动分在几个区域中,每个区域安装光敏传感器。进行跟踪时,第一步是粗调,它可以驱动装置特定的部分分裂,那么准确的调整是由光敏传感器安装在摇摄及倾斜拍摄角度的驱动实现的，光敏传感器部分的分布，摇摄及倾斜拍摄角度驱动如图1所示。图1分区域法传感器分布1由于跟踪点是弧,光敏传感器运用等边角钢作为一个分界,并在传感器中安装有上升角。当点光源通过它时相应的传感器信号将加强。通过比较AD转换后的信号值,系统可以用最好的光信号,驱动很快就会转向此进一步调整,传感器安装在驱动进行交叉分布,其中,方向的传感器是用来调整水平位置，z方向的传感器是用来调整俯视角的。B.全向法为了简化设计,所有的光敏传感器摇摄及倾斜拍摄角度上安装驱动程序运用全向法的设计思想，规律的角度，与移动摇摄及倾斜拍摄角度司机,如图2所示。通过俯仰和水平调整实现位置和跟踪,水平传感器分配不平等会有更好的效果。跟踪对象时，通过微处理器，跟踪和处理收集到的所有信号。这个过程可能首先,选择做水平方向调整和然后垂直方向。图2全方位传感器分布III.硬件设计和功能实现A.分区域的硬件设计方法分区域的设计方法如图3所示,它由采集电路和位置驱动两个部分组成，两个部分都选用TI公司生产的MSP430作为其单片机,两个微控制器通信串行端口。2图3分区域法的硬件信号采集电路由七通道组成位置传感器，放大电路，微控制器，外围接口电路，功率单元。定位传感器选择小尺寸的电池，型号为2du3，其信号被放大以匹配微控制器在电气的水平，因为它很弱。微控制器接收多路信号，并进行比较经过软件滤波处理后，再进行2个在信号标识上有更强的通道。放大电路如图4。图4放大器电路放大电路的设计采用两级放大器OP07基于电子元件，电路需要12V双电源，调节滑动变阻器W2可以调零（当照度为0，输出电压为0），调节滑动变阻器WL可以改变放大系数。照度的输入范围可以通过改变外围的电阻变化。传感器安装在驱动器选择晶体管3du33是光敏感的，3du33具有噪声低、线性度好的特点，灵敏度高。在实际应用中选择一批生产的传感器，传感器必须置零，以更好的估计和计算，必须增加系统的限制电路，以避免破坏微控制器，因为电压浪涌。定位驱动电路意味着平移和倾斜的驱动电路，平移和倾斜驱动由双大扭矩数字转向发动机，旋转平面是垂直的，而不是传统的齿轮盘和倾斜驱动。定向装置固定定位误差量化的驱动程序。数字舵机的平移和倾斜驱动，具有速度快、响应速度快、无需特殊驱动模块等优点，是兼容的电级微控制器。数字舵机可以满足复杂的逻辑控制要求。数字舵机型号是3双叶s3050，其扭矩高、响应时间短（扭矩和60度/0.16秒的响应时间对6V条件6.5kg.cm）。定向装置的主要组成部分是激光管，它可以发出红色光束，通过测量背景板上的发光二极管和投影标间的距离来获得跟踪误差。该激光管是由一个晶体管控制的，这是连接到I/O输出端口的微控制器。外围接口包括基本的输入和输出部件如nokia5110lcd、键盘、按钮。屏幕显示的5110lcd六行字符，那么所有的通道进行监测的参数可以显示；便于前期调试和误差分析。系统的电源是7.2伏锂电池，通过基于LM117lm7806和电气元件的电路，6V和3.3V电源可以得到，这是由舵机和单片机的需要。微处理器与用户定义的协议进行通信，驱动微处理器获得有关部分信号的标识信息时，该驱动程序快速转向专用部分，如果驱动已到该部分，固定在驱动程序上的光敏传感器开始工作，根据不同方向的信号强度，驱动开始调节水平，然后垂直调节，如果对称信号差值在给定的误差范围内是允许的，完成了位置的动作，停止移动，如果点光再次移动，相应的定位条件已经改变，系统将重复调整步骤，直到达到准确的要求。在分区域法中，系统运转快速定位精确，但硬件相对复杂，缺乏鲁棒性，如果周围的光变化，参数调整将是复杂的。B.全方位法的硬件设计全方位的方法运用于全方位的方法。硬件组成如图5所示。图5全方位方法的硬件全方位方法的硬件相对简单，传感器选择2du3型号的电池，传感器通过放大电路连接到微控制器，其他单位，如舵机，定向单位，外围接口，供电单位4与分区域法相同，但传感器将固定一个向外的角。放大电路、传感器和定向装置都固定在平移和倾斜的驱动装置上，因此，该驱动装置具有很大的惯性，具有扫描和补偿的硬件，全方位方法的适应性大大提高。本电池宽带频谱，因此，它具有良好的适用性。该传感器将检测到180个角度范围内的光的强度的差异，微控制器发送控制命令到平移和倾斜的驱动程序，驱动将指向强烈的光的方向，平移和倾斜的驱动程序快速移动，当定位信号的差值值时，则速度逐渐减慢。系统调整水平，当错误变成允许的时候，然后驱动程序在另一个方向调整。数字舵机在单片机控制系统中具有明显的优势。IV.软件设计A.划分区域法的软件设计分区域法的软件设计包括2个部分。第一部分是数据采集程序，完成了数据过滤和数据处理的功能，然后定位点光源位置、数字平均值用于保证系统控制数据采集的准确性和稳定性，并对其进行了滤波和限幅滤波。为了避免中断冲突，使得时间每5ms收集一次，如果收购的时候达到二十，滤波器将所需的数据，数据处理，然后发送到驱动程序的单片机通过串口按照用户自定义的协议，数据将被设置为与CRC校验来保证通信的可靠性进制形式。第二部分程序将产生控制信号：驱动微控制器接收信号，然后根据信号驱动程序运行，这个程序比较简单，不需要多解释。B.全方位法的软件设计全方位方法相对于分区域法具有较强的适应性。全方位方法的软件由主程序和中断程序组成。为了保证可靠性，采集时执行，然后将数据进行过滤，并设置为进一步的逻辑控制操作。中断程序如图6所示（左）。5图6全方位法软件流程图主程序如图6（右）。初始化模块包括状态的I/O端口，ADC，PWM和LCD。液晶显示器的初始化需要像素的字体库；路由检测模块将控制驱动器每一个程度的检测光信号，并获得传感器的初始值，并将其存入内存，它将设置以下算法的阶段，根据水平和垂直方向的处理程序，将生成的控制信号，从而完成定位。在输入/输出端口中断处理程序中也使用了人工测试模型。主要程序使用阶段标志来处理相应的过程。通过对信号数据的值进行排序，如果侧传感器的信号很强，则意味着定向单元离开光源，驱动程序将很快向强信号方向移动，由脉宽调制的大变化，然后如果中心传感器信号强，驱动程序的移动速度会减慢。当中心信号成为最强大的和对称的传感器的值是可以接受的，驱动器停止作用。D值可以根据传感器的初始值和环境的变化自动设置，差值不应小，它会导致位置不准确或云台驱动振动。6在垂直方向上的跟踪是类似水平的，如果它出现在跟踪过程中或差值最大不稳定的振动最小值太小，这意味着驱动不能跟踪光源，因此在垂直方向的路由检查是必要的，当信号最强点被发现，在方案将适当调整。V.结论最后通过实验表明，该系统可以成功地完成了由两种方法跟踪速度小于LM、5S和照度小于l00lux条件下，跟踪速度与分区方法更快，并且误差大致相等，速度小于LM、5S和照度小于3001ux条件下，跟踪速度大致相等，速度小于1ms和照度小于3001ux条件下，分区方法优于误差和速度的全方位的方法。如图7所示，速度小于1ms和照度小于200lux条件下的误差曲线。图7跟踪误差曲线跟踪误差与环境变化密切相关，目标运动模式，目标跟踪阈值，传感器线性度。自适应阈值设定算法的改进，精密校准等489，同时，传感器的参数进行修正，然后系统性能得到显著改善，如图8所示。7图8优化后的跟踪误差曲线当跟踪条件改变时，该方案将不同，采用专用光学传感器、专用光学滤波器等辅助系统，提高系统的质量，在固定的目的，如果它是必要的放大电路设计，在其他类型的传感器的帮助下，可以提高跟踪质量。参考文献1LiuYang.StudyontargettrackingbasedonKalmanfilter/ComputerSimulation.Beijing,vol27,pp.35l-355,Sep20102lixie.Researchonlasertrackermeasurementsystem,MachineryDesign&Manufacture.Shenyang,vol6,pp.263-265,Jun20103Ji-ChunHe.TheStudyonTrackingofIntelligentSurveillanceSystems,ComputerSimulation.Beijing,vol27,pp.267-269,Sep20104Ye-QingShen.ApplicationofAdaptiveExtendedKalmanFilterforTrackingaMovingTarget,ComputerSimulation,vol24,pp.210-212,Nov20075ShenJian-Hua,MSP43016ultra-lowpowersingle-chipmicrocomputerprincipleandapplication,tsinghuauniversitypress,20046Chuan-XiLiu,Automaticdetectiontechnology,mechanicalindustrypress,20087Xing-PengZhou,Sensorandtestingtechnology,tsinghuauniversitypress,201088MeiLi.AnImprovedVariableStepSizeLMSAdap