电光源跟踪系统

点光源跟踪系统

指导老师：刘祖云 刘明江

同组成员：陈焱峰 邓桥 侯家艳

摘要

本次项目是以MSP430G2452单片机为控制核心的点光源跟踪系统,点光源跟踪系统由光源检测控制和点动光源两大部分组成。本次点光源跟踪系统设计采用光敏电阻来检测点光源，通过光敏模块输出的电压送入单片机内部A/D采样，经单片机处理后的电平信号给伺服电机产生指令，控制电机的转动迎向光源。点动光源则用常用手电筒模拟完成调试。

关键字：光源检测、点动光源、光敏电阻、A/D采样

Abstract

The project design is based on MSP430G2452MCU as the control core point tracking system of light source, light source tracking system consists of a light source detection control and move the light source of two parts. The point light source tracking system design using photodiodes to detect the point light source, through the photosensitive module output voltage into the MCU internal A/D sampling, processed by the single chip level signal to the motor to generate instructions, control the rotation of the motor into the electric light source. Point light source with common flashlight simulation finished debugging.

Keywords: light detection, point light source, a photosensitive diode, A/D sampling

一、 系统总体分析与设计

1、 项目分析

此次设计主要分为两大模块：点光源B、光源跟踪系统A。首先，光源B采用一般手电筒模拟固定光源。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3 cm 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。 光源跟踪系统A 放置在地面，通过使用光敏电阻检测光照强度判断光源的位置，并以激光笔指示光源的位置。如右图所示：

图1 光源跟踪系统示意图

2、系统总体框图

光敏电阻接受光照，检测电压变化四个光敏模块分别输出电压,送入单片机内部A/D采样MCU由单片机处理电平信号后，发出指令给两个电机电机转动，迎向电光源 图2 系统总体框图

二、方案分析 1、控制系统

方案一：采用AT89C51单片机来控制两个电机运转，并使用A\\D 采样来比较光

敏传感器输出电压的大小，比较后控制电机转动找到点光源的位置。

方案二：采用MSP430G2452单片机来控制单片机运转，并使用A\\D 采样来判断光敏传感器输出电压的大小，在进行比较后，确定光源位置并转动。

相比于51单片机，430单片机内置A/D转换，简化了外围电路，且更低功耗，所以最终选择430单片机来控制电机的运转。

2、电机的选择

方案一：选用伺服电机，伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确，但转速太快，角度不易控制

方案二：选用步进电机28BYJ48，我们对步进电机了解较多，且可以更好的控制转动的角度

考虑到此次项目在调试过程中对电机转动角度的要求较高，所以最终选择了步进电机用于此次项目中。

3、光敏传感器的选择

方案一：采用光敏二极管检测光照强度，与光敏电阻相比具有灵敏度高的优点，但它具有正负极性，且灵敏度太高，外界其他光线对它影响较大。

方案二：采用光敏电阻检测光照强度，它在强光照射下光电转换线性较平缓，反应与光敏二极管相比较慢，受外界光线影响较小。

考虑到光敏二极管灵敏度太高，不适用于在环境光中对光源的检测，所以选择光敏电阻来检测光照强度。

三、硬件电路设计与分析

1、步进电机转动模块

图3 步进电机驱动电路图

跟踪系统主要由两个电机组成，底座上的电机正面放置，探头朝上，由单片机控制探头顺时针（逆时针）转动。再将另一个电机固定在前一个电机的探头上，由此电机控制着在垂直水平面的方向上做半圆周运动。其中，电机选用的是四相

八拍的步进电机28BYJ48，并采用ULN2003芯片驱动步进电机的转动。电机分别控制顺时针、逆时针及翻转运动

2、光敏传感器模块

感应部分选用光敏电阻作为光 敏器，两两对称分布在正方形的底板 上，底板及四边都用黑色的硬纸板围 绕，并将光敏电阻的两脚及电源、地 线用线引出，以减轻底板上的重量。 图4 底板样图（圆圈表示光敏电阻所在位置）

四、软件设计

此次项目设计用到的是MSP430G2452单片机，它具有内部A/D采样功能，且低功耗。此次项目控制重点在软件部分，当光敏电阻感测到外部光线后，通过光敏模块将信号送入单片机，经过单片机内部A/D采样，对信号进行处理，检测高低电平，控制电机的正反转。

开始单片机初始化A/D序列采样比较采样值，并判断方向步进电机输出结束图5 主体流程图

五、系统调试

1、在相同光照强度下光敏模块输出电压的调试

将两两相对的光敏模块置于相同光强下，用万用表检测光敏电阻及电位器间的输出值，并用电位器调节至一致，使其值为1.5V左右。 2、探头的调试

将四个光敏模块调节好之后，在上圆盘上完全安装好之后。开启整个系统，在系统转动至面向点光源并稳定时，停止系统