3937.“点光源跟踪系统”的设计与实现

1、“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 tr

2、acking 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 a

3、djustable 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 i

4、nfrared.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。方案二：采用以芯片tps61062为核心控制端的led驱动电路，通过软件的编程用单片机控制tps61062的iled端可以实现fb

5、端电压的精确步进，从而改变led的电流实现亮度调节，该方案在调节时能够很好的控制led的电流，线性度好，相对于方案一更容易检测led端的电流，能够很好的保护led灯，而且tps61062的效率高，采用方案二。电路图如图a所示 图a2、 云台控制模块的方案比较与论证方案一：通过光耦电路来控制云台的转动。光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高，但由于光耦的性价比不高，通用性没有继电器好，故未采用此方案。方案二：运用电磁继电器的开关特性，控制云台的某个方向的转动。具体由单片机引脚输出高低电平信号控制三极管开关电路的导通和截止，从而控制

6、电磁继电器的控制端电压，使云台某方向的转动控制信号在电磁继电器的常开和常闭之间接环，达到控制云台的某个方向的转动的目的。因为继电器对单片机有反馈作用，为了减小单片机的i/o口冲击电流，我们在单片机与继电器之间加了一个放大倍数很小的放大电路去减小继电器对i/o口的损坏。由于继电器对于我们来说要比光耦熟悉很多，对它的特性也很了解，故采用方案二。电路图如图b所示（此处只给出继电器部分的电路）：图b3、 光能检测模块的方案比较与论证方案一：采用光敏电阻来接收led灯发出的光。光照越强的时候，光敏电阻的阻值会变小，把光敏电阻连接在一个分压电路上，采集电流信号，则在不同的光照强度的时候电流的强度会不一样。

7、将电流信号转变为电压信号，然后用但单片机采样分析。通过程序进行判断，进而控制转动平台，使装置接收到最大电流，而且光敏电阻受温度影响较大，线性度较差，不适合本项目的要求，故未采用此种方案。方案二：采用bh1750fvi-e光强传感器，当对该芯片输入控制信号后，可以直接输出光照强度的数字量，易于单片机控制，同时它具有灵敏度高等特点，故采用该方案。原理图如图c所示 图 c综上所述：系统总体框图如d图所示信号转换光检测模块光照云台控制单片机采样比较二、 系统软件设计主程序开始结合msp430f5438的数据手册，用户指南和本设计的实际需求，本系统的软件设计流程图如下所示。初始化开中断进入低功耗状态捕捉

8、红外信号n有键按下 y手动调整云台解码成功有键按下开启光感应模块跟踪光源云台转动寻找光源说明：软件部分使用定时器ta0、红外模块和io控制模块。在云台寻找光源的过程中，我们用软件给云台的运动设定了一个范围，云台转动到达极限参数后，会自动向相反的方向移动，去寻找光源。三、 理论分析与计算1、 放大电路部分：由于不需要很大的放大倍数，我们根据理论合适的选择了电阻值使放大倍数为1.5，这是根据反向比例运算电路来计算电阻，因为对运放要求不高，所以采用的运放083i。2、 光能采集软件设计部分：根据调试过程中采集的一系列四个方向上的电压值，确定程序中参数设置。我们在实验室现有条件下测试后确定了上下压差在

9、0.05v之内，左右压差在0.02之内，都认为激光笔找到了光源。四、 指标测试与结果分析1、主要技术指标测试(1) 测试仪器（1）直流稳压源 型号tpr30033c（2）数字万用表 mas830l(2) 测试方法（1） 模块测试将系统的各模块分开测试，调通后再进行整机调试，提高调试效率。（2） 系统整体测试将硬件模块和相应的软件的进行系统整机测试。依据设计要求，分别对各测试点进行测试。使用示波器观察光能检测模块经光照后电压跳变值，测试结果如下。光源位置光源强度光强传感器输出左上左下右上右下光源附近10cm左右200ma5cm6cm6cm5cm光源附近5cm左右350ma8cm8cm7cm8cm五、总结这次作品制作从原理图的设计到电路焊接，我们遇到了很多困难，