2013点光源跟踪系统

点 光 源 跟 踪 系 统目录1.【摘 要】12.系统整体方案确立23.方案设计论证与比较23.1方案设计23.2方案论证与比较23.2.1控制核心的选择与比较23.2.2恒流源的选择与比较33.2.3光敏器件的选择与比较34.系统的建立44.1系统构建框图44.2硬件电路的制作44.2.1可调恒流源电路44.2.2光源检测电路54.2.3 msp430最小系统64.2.4 JS-8580-V6C驱动步进电机模64.3程序设计74.3.1程序系统框图74.3.2程序代码85.系统调试95.1调试仪器95.2调试结果95.2.1 恒流源数据测试95.2.2系统测试10101. 【摘 要】本系统设计是由MSP430F149单片机为控制核心，由恒流源控制1w的大功率LED做点动光源。以光敏电阻作为光源检测传感器，用步进电机来自由转动带动激光笔跟踪点光源的自动跟踪系统. 该系统由430单片机最小系统、点光源检测、步进电机驱动等电路组成，利用三个光敏电阻实现点光源强度和移动方向的检测，通过信号放大和处理，送入单片机内部电路，单片机将采样结果进行分析和处理，控制步进电机运转的步距和方向，从而达到点光源的精确跟踪。关键词：MSP430；恒流源；步进电机；光敏电阻。2. 系统整体方案确立作品以1w白光LED作为光源，固定在一支架上，且LED的电流可调范围为150mA到350mA，在一定的角度，范围内移动支架，确保跟踪系统中的指向激光笔可以尽快的指向光源。3. 方案设计论证与比较3.1方案设计 由于要以1w的白光LED作为光源，且电流调节范围有限制，所以需要选择一个好的恒流源达到要求，其次在感光系统中，要做到精准的跟踪和定位光源，因此光电传感器的选择也很重要。在这两者的设计中，有以下几种方案。3.2方案论证与比较3.2.1控制核心的选择与比较 方案一：采用MSP430MSP430是TI公司生产的16位超低功耗的混合信号处理器。集模拟电路、数字电路和微处理器于一体，具有方便高速的运算能力和丰富的功能模块，低电源电压范围为1.8-3.6V，还具有灵活的时钟适用范围。方案二：采用89c5189C51单片机是由ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造的一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，是一种高效微控制器。方案三：采用AVRAVR单片机是由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机。具有运算速度快，性价比高，工作电压范围宽（2.7-6V），和抗干扰能力强等优点。比较以上三种方案，由于对MSP430比较熟悉，因此选择方案一。3.2.2恒流源的选择与比较方案一：用LM358构成恒流源LM358内部包括两个独立的，高增益的，内部频率补偿的双运算放大器，电源电压范围宽，单电源330v，双电源1.515v，低功耗电流，低输入偏流，低输入失调电压和失调电流，差模输入电压范围宽近似等于电源电压范围。方案二：用IRF540构成恒流源 IRF540是一种结型场效应管，可以做压控恒流元件，完全实现小电压控制大电流的目的。具有输入电阻小，噪声小，功耗低，动态范围大，易于集成，没有二次击穿现象，安全区域较宽，温度稳定性好等优点。 比较以上两种方案，LM358电流过小，而IRF540具有较宽的供电范围，因而调节范围也更广，使用更灵活。因此选择第二种方案。3.2.3光敏器件的选择与比较方案一：光敏电阻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，光敏电阻属于半导体光敏器件，具有灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小，机械强度大，耐冲击，抗过载能力强（最大电压在150v400v之间），耗散功率大，以及寿命长等特点。方案二：光敏二极管光敏二极管是把光信号转换成电信号，利用PN结单向导电性的光电器件，结构与一般二极管类似，PN结安装在管顶部，便于接受光照，光照特性呈现良好的线性，电流灵敏度一般为常数。反应速度快，缺点是输出电流低。方案三：光敏三极管光敏三极管有电流放大作用，具有光敏特性的PN结受到光辐射时形成光电流，由此产生的光电流，由集极进入发射极，从而在集电极回路中产生放大了倍的信号电流。具有很高的灵敏度，缺点是在弱光时灵敏度低些，在强光时则有饱和现象。比较以上三种方案，由于光敏二极管和光敏三极管都没有，选择第一种方案4. 系统的建立4.1系统构建框图4.2硬件电路的制作4.2.1可调恒流源电路 工作原理由场效应管工作在恒流区的特点可知，当UGS固定时，随着UDS的增加iD几乎不变，只要满足UDSUGS-UGS(off)条件，iD的大小只受UGS的控制，达到恒流的效果。原理图4.2.2光源检测电路 如图3.2.2所示，光源检测电路中主要是由三个光敏电阻组成，分别放在不透明的圆筒中，当有光源照射时，三个光敏电阻的阻值会发生变化，然后通过电路信号处理到MSP430中，来控制步进电机。让激光笔跟踪点光源。 图3.2.2（a）光源检测电路 图3.2.2(b) 传感器装置示意图 4.2.3 msp430最小系统4.2.4 JS-8580-V6C驱动步进电机模块控制方式： 脉冲+有脉冲时工作，低电平有效；无脉冲时锁定电机并自动半流方向+低电平输入或悬空时正转；高电平输入时反转脱机+低电平输入或者悬空时正常工作；高电平时脱机4.3程序设计4.3.1程序系统框图4.3.2程序代码/*main主函数*/#include MSP430F149.hvoid IO_init();void CLOCK_init();void TA_init();void Left();void Right();void Stop();void Scan();unsigned char KEY=0XFF;unsigned int jd;int main( void ) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; IO_init(); CLOCK_init(); TA_init(); _EINT(); while(1) Scan(); void IO_init() P6DIR|=BIT1+BIT2; /脉冲 方向 P6OUT=0XFF; P5DIR=0X00; P1DIR=0XFF; P1OUT=0XFF; P2DIR=0XFF; P2OUT=0X00; P3DIR=0XFF; P3OUT=0X00;void CLOCK_init() unsigned int i; BCSCTL1&=XT2OFF; do IFG1&=OFIFG; for(i=0xff;i0;i-); while(IFG1&OFIFG)!=0); BCSCTL2|=SELM1; BCSCTL2|=DIVM_3;void TA_init() TACTL|=TASSEL_1+TACLR; CCR0=20; TACTL|=MC_1; /CCTL0|=CCIE;void Scan() KEY=P5IN&0XE0; switch(KEY) case 0x00:Stop();break; case 0x60:Left();break; case 0xC0:Right();break; case 0x40:Stop();break; case 0x80:Left();break; case 0x20:Right();break; default:break; void Stop() CCTL0&=CCIE;void Left() P3OUT=0XFF; CCTL0|=CCIE;void Right() P3OUT=0X00; CCTL0|=CCIE; #pragma vector=TIMERA0_VECTOR _interrupt void TA_ISR(void) P6OUT=BIT1;5. 系统调试5.1调试仪器数字万用表UT39A5.2调试结果5.2.1 恒流源数据测试UDS(V)UGS(V)iD(A)55555.2.2系统测试分别在四种不同的环境下进行灵敏度测试：A：夜间（普通日光灯下）B：早上（有光照因素条件下）C：中午（光照较强烈条件下）D：下午（光照因素影响不大的条件下）