激光枪自动射击报靶装置.docx
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激光枪自动射击报靶装置
[1]沈建华等著，MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M]，北京：
北京航空航社，2010
[2]华成英,童诗白著，模拟电子技术[M]，北京：
高等教育出版社，2006年
[3]阎石著，数字电子技术基础[M]，北京：
高等教育出版社，1997年
[4]沈建华等.MSP430系列16位超低功耗单片机实践.清华大学出版社，2005.4
[5]刘刚，彭荣群著.ProtelDXP2004SP2原理图与PCB设计[M].北京：
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[6]鹿玉红，戴彦，江培蕾.基于PROTEUS的DS18B20数字温度计的仿真实现[J].福建电脑，2010，
（1）：
117-118.
2012年TI杯四川省电子设计竞赛
激光枪自动射击报靶装置（E题）
【本科组】
时间：
8.5－8.7
编号：
XS-13-本-E
摘要：
本设计采用MSP430F169单片机和MSP430G2553单片机作为控制核心，系统主要包括电源模块、步进电机驱动模块、摄像头采集模块、激光发射模块、LCD12864报靶装置和按键控制模块显示装置电路。
主要控制整个系统实现了按键控制及自动定位打靶，从任意位置迅速击中靶心，并使用摄像头采集打靶数据，通过单片机以处理后，用LCD12864显示打靶环数，图像和方位。
通过实验表明：
该系统达到了设计的各项要求。
关键词：
MSP430F169单片机；MSP430G2553单片机；步进电机电机；OV6620FIFO摄像头；激光头；独立按键键盘；LCD12864
1.系统方案设计，比较与论证
根据题目基本要求，设计任务完成按键控制打靶，自动定位打靶，摄像头对打靶情况采集，并用单片机处理后，在LCD12864液晶显示屏上显示打靶结果。
为完成相应功能，，系统由MSP430G2553单片机，电源模块，电机驱动模块，激光头打靶模块，摄像头模块及LCD12864显示模块构成，系统方案如图1所示
图1系统框图
1.1控制模块方案论证
方案一：
采用TI公司的msp430f169，msp430g2553单片机作为控制器。
相对于本设计题目设计来说，由于采集和打靶硬件问题，我们需要用到两个单片机。
msp430f169单片机工作频率高，功耗低，I/O口多，性价比高，相对于本设计题目来说，需要较多IO口，及优越的Flash，m430g2553单片机，使用超低功耗，符合题目设计要求。
方案二：
采用TI公司的AT89S52单片机，但51单片机处理速度慢，功耗相对较高，且不符合题目要求。
通过上述描述表明，方案一优于方案二，我们选择第一种方案。
1.2电源模块的方案论证
方案一：
双电源供电。
电动机驱动电源采用12V稳压电池，单片机及其外围电路电源采用5V钮扣电池供电，两路电源完全分开，这样做可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性。
但是造成了电池资源的浪费，使花费增大。
方案二：
所有器件采用单一电源（12V）供电，通过7812稳压输出提供给需要12V的地方，通过2596稳压输出提供给需要5V的地方,通过LM1117输出3.3V电压给无线模块。
这样供电简单方便，而且使电池充分的应用，节约了资源。
我们认为本设计的性价比和方便性更为重要，故拟采用方案二。
1.3电机驱动模块。
方案一：
中功率三级管直接搭建
在电机驱动要求不高的地方可以由三极管直接搭建一个驱动电路，使用三级关搭建的电机驱动电路电路简单，但功率和性能一般。
对输入信号要求较高，输出性能只能满足一般要求。
方案二：
使用专用电机驱动芯片ULN2003
ULN2003的驱动能力强，输入电压可变化范围大，是一块专用直流电机驱动芯片。
其各项性能都较好，且价格便宜，体积小，性能优越。
综上考虑，两个步进电机使用方案二。
1.4数据采集电路的论证与选择
方案一：
摄像头采集图像信号进行图像分析
由摄像头采集图像信号，通过采集到的图像信号进行图像分析，然后计算出击中光点所在位该方案具有信息精确度高、抗干扰性强等优点。
方案二：
使用光敏电阻对击中区检测
由光敏电阻加上一些辅助电路实现击中光斑的识别。
由于靶场由白底和黑色的引导线组成，光敏元件可以在黑色和白色区发光区域识别，检测到光，电阻值变小。
该方案具有电路简单，成本低廉，但干扰较大，信息精度低。
通过比较，本设计采用方案一。
1.5报靶电路模块的论证与选择
方案一：
采用语音方式报靶
通过喇叭及一些辅助电路通过单片机控制，根据摄像头采集，控制芯片处理得出的数据，用喇叭方式进行语音报靶，但这种方式硬件制作相对复杂。
方案二：
使用LCD12864显示报靶
由单片机控制LCD12864，根据采集处理到的数据，在12864上画图显示，并报靶，该方案具有电路简单，成本相对语音方式低廉，且显示结果精准。
通过比较，本设计采用方案二。
1.6按键控制模块的论证与选择
方案一：
采用独立按键控制激光笔的转动，以实现准确打靶。
独立按键，使用方便，且电路简单。
方案二：
采用矩阵键盘控制，但根据实际需要，矩阵相对资源浪费，且编程相对复杂。
综上比较，我们选择方案一。
2.理论分析与计算
2.1定位打靶及控制分析
2.1.1按键控制打靶
使用一个独立按键键盘，控制两个步进电机的转动，以第一个电机实现激光笔的上下，第二个电机实现左右移动，通过激光笔的转动，实现打靶位置的移动，最终实现按键控制打靶，同时分配一个独立按键，实现模式切换，实现自动定位打靶。
2.1.2自动定位打靶
通过按键先控制，确定任意打靶位置，并进行定位，实现15秒内瞄准击中靶心。
2.1.3摄像头的数据采集
使用OV6620FIFO摄像头对打靶情况进行数据采集，并将采集所得数据存入fifoAL422B，再从fifo传送给msp430g2553单片机进行处理，其中，OV6620可以每秒采集25帧，一帧两场，那么每秒就有50场，意味着20MS就有一幅图像产生。
356x292pixels，理解为：
有292行，一行有356个点，但根据实际情况，我们只采集一帧。
并采用二值化方式，是输出图像为黑白灰度形式，根据采集的图像灰度来进数据分析，用于在单片机上处理，以确定任意打靶坐标和正确显示打靶结果。
2.1.4打靶结果显示
采集数据通过单片机MSP430F169处理后，用LCD12864对结果进行显示。
主要显示打靶画面，以及弹着点的环数与方位信息。
2.1.5节能分析
使用低功耗的msp430f169和超低功耗的msp430g2553控制芯片，并使用28BYJ步进电机，功耗相对低，精度高，最大限度的节约能源，降低功耗。
3.电路与程序设计
3.1硬件电路设计
3.1.1电源
由于控制芯片小系统，显示电路，步进电机运转驱动激光笔打靶，摄像头各模块需要的电压不同，为了实现单电池供电，我们将7812、2596和LM1117做到一个板子上，实现了12V电压、5V和3V电压实现输出功能。
具体电路如图2：
图2电源电路
3.1.2驱动电路
驱动电路包括一片ULN2003芯片，该驱动芯片带负载能力强，温度范围宽，起保护作用，避免电流过大而损坏驱动芯片，具体电路如图3所示。
图3驱动电路
3.1.3摄像模块电路
摄像模块电路由AL422B和ov6620组成，AL422B输入端与摄像头0v6620相连，输出端与单片机相连，具体电路如图4所示。
图4摄像头模块电路
3.1.4报靶显示模块电路
报靶部分使用LCD12864显示，主要显示摄像头采集到的打靶图像，打中环数及其打中区域，具体电路如图5所示。
图5LCD12864报靶显示模块电路
3.2软件设计
3.2.1主程序流程图
图6主程序流程图
3.2.2摄像头采集处理显示程序流程图
图7摄像头模块流程图
3.2.3打靶模块程序流程图
图8打靶程序流程图
4系统测试
4.1测试方法
自制胸环靶，靶心直径10cm,各靶环间距5cm,共六环，由激光笔代替激光枪，实现打靶。
打靶方式包括：
按键控制打靶，自动打靶，摄像头按坐标自动打靶。
打靶内容包括打靶环数，打靶方位，如中心、正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下以及在15秒内将激光束光斑从胸环靶上的指定位置迅速瞄准并击中靶心（即10环区域），并检测打靶是否正确，及偏移量，由12864显示打靶结果。
4.2测试结果与分析
4.2.1按键控制打靶测试，测试数据如下：
次数
设定环数
实际环数
1
10
10
2
9
9
3
8
8
4.2.2摄像头识别打靶，测试数据如下：
次数
设定环数
设定方向
实际环数
实际方向
1
7
右上
7
右上
2
8
左上
8
正左
3
9
正下
9
正下
4.2.3液晶显示打靶环数及弹着点，测试结果如下：
次数
设定打靶环数
设定方位
显示是否正确
1
8
左上
是
2
9
正右
是
3
7
右下
是
4.2.4从任意位置击中靶心测试，测试结果如下：
次数
指定环数
方位
是否击中靶心
1
7
左上
是
2
8
右下
是
3
9
正上
是
分析：
大部分打靶，及显示都正常执行，但部分摄像头识别打靶有不精准情况，由于摄像头采集及一些硬件的不稳定，形成一定误差。
5结束语
经过三天的辛勤努力，我们基本上实现了题目的要求，在编程和调试的过程中，我们遇到很多问题。
由于时间紧，工作量大，但本次竞赛锻炼了我们各方面的能力，虽然我们遇到了很多困难和障碍，但总体上成功与挫折交替，困难与希望并存，我们将继续努力争取更大的进步。
当然，我们的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请各位老师批评指正。
全部程序
#include"io430.h"
#include"in430.h"
#include"12864.c"
#include"12864.h"
#include"nbc430.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineS_AP10//定义步进电机A相
#defineS_BP11//定义步进电机B相
#defineS_CP12//定义步进电机C相
#defineS_DP13//定义步进电机D相
#definejg1P60//定义激光闪烁
#definejg2P61//定义激光闪烁
#defineS_A2P14//定义步进电机A相
#defineS_B2P15//定义步进电机B相
#defineS_C2P16//定义步进电机C相
#defineS_D2P17//定义步进电机D相
#defineS17P27//shang
#defineS18P26//you
#defineS19P25//启动/暂停
#defineS20P24//zuo
#defineS21P23//xia
//#defineDataportP5//数据口定义
uchartable0[]={"方位:
环数:
"};//液晶显示内容"位置"与“环数：
”
uchartable1[]={"正上右上正右右下正下左下正左左上中心"};//每两个字显示一个方位
uchartable2[]={"10环9环8环7环6环5环脱靶"};//显示环数
//**********************10环*****9环*******8环******7环******6环*****5环******脱靶********方向***********
uchartbzhsh[7][2]={{96,29},{96,23},{96,19},{96,13},{96,9},{96,3},{96,0}};//正上
uchartbzhxia[7][2]={{96,33},{96,39},{96,44},{96,49},{96,54},{96,59},{96,63}};//正下
uchartbzhzuo[7][2]={{93,31},{88,31},{83,31},{78,31},{73,31},{68,31},{64,31}};//正左
uchartbzhyou[7][2]={{99,31},{103,31},{109,31},{113,31},{119,31},{123,31},{127,31}};//正右
uchartbzuosh[7][2]={{94,27},{91,24},{87,22},{84,19},{80,15},{77,12},{73,8}};//左上
uchartbzuoxia[7][2]={{94,33},{91,36},{87,40},{84,43},{80,47},{77,50},{73,54}};//左下
uchartbyoush[7][2]={{98,27},{101,24},{105,22},{108,19},{112,15},{115,12},{119,8}};//右上
uchartbyouxia[7][2]={{98,33},{101,36},{105,40},{108,43},{112,47},{115,50},{119,54}};//右下
ucharstop,speed,sh,xh,zh,yh,x,sh1,xh1,zh1,yh1,a,b,q,h;
ucharkeyValue;
uchardis[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
//01234567
0x80,0x90};//0~F的段码
//89
ucharzhuan[8]={0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90};//右转8节拍地址
ucharzhuan1[8]={0x90,0x80,0xc0,0x40,0x60,0x2,0x30,0x10};//左转8节拍地址
ucharzhuan2[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};//上转8节拍地址
ucharzhuan3[8]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01};//下转8节拍地址
uchardis1[8]={0xFE,0XFD,0XFB,0XF7,0XEF,0XDF,0XBF,0X7F};//位选
//01234567
//***********************************************************************************
//延时
//***********************************************************************************
voiddelay（uinttime）
{
uinti,j;
for（i=0;i{
for（j=0;j<30;j++）;
}
}
//***********************************************************************************
//IO初始化操作
//***********************************************************************************
voidIO_init（void）
{
P1DIR=0xff;//设置P1为输出
P1=0xff;//设置P1初始化为高电平
P2DIR=0X00;
P2=0x00;
//P3DIR=0xff;//设置P3为输出
//P3=0xff;//设置P3初始化为高电平
//P4DIR=0xff;//设置P4为输出
//P4=0xff;//设置P4初始化为高电平
//P5DIR=0xff;//设置P5为输出
//P5=0xff;//设置P5初始化为高电平
P6DIR=0xff;
P6=0xff;
}
//**************************************************************************************************
//数码管显示函数
//**************************************************************************************************
/*
voidsmg_show（ucharsh,ucharxh,ucharzh,ucharyh）
{
P4=dis1[4];
Dataport=dis[sh];
delay（10）;
P4=dis1[6];
Dataport=dis[xh];
delay（10）;
P4=dis1[2];
Dataport=dis[zh];
delay（10）;
P4=dis1[0];
Dataport=dis[yh];
delay（10）;
}
*/
//***********************************************************************************
//1*5按键扫描函数
//***********************************************************************************
voidkeyScan（）
{
if（（P2IN&0xf8）!
=0xf8）//判断是否有按键按下
{
delay（100）;//延时肖抖
if（（P2IN&0xf8）!
=0xf8）//再次判断是否有按键按下
keyValue=（P2IN&0xf8）;//读取扫描结果
while（（P2IN&0xf8）!
=0xf8）;//等待按键松开
}
}
voidkeyScan1（）
{
if（（P2IN&0xf8）!
=0xf8）//判断是否有按键按下
{
delay（100）;//延时肖抖
if（（P2IN&0xf8）!
=0xf8）//再次判断是否有按键按下
keyValue=（P2IN&0xf8）;//读取扫描结果
delay（300）;
}
}
//**************************************************************************************************
//步进电机控制
//**************************************************************************************************
voidyouzh（）
{
uinty;
for（y=0;y<8;y++）
{
P1=zhuan[y];
delay（speed）;
}
}
voidzuozh（）
{
uinty;
for（y=0;y<8;y++）
{
P1=zhuan1[y];
delay（speed）;
}
}
voidshangzh（）
{
uinty;
for（y=0;y<8;y++）
{
P1=zhuan2[y];
delay（speed）;
}
}
voidxiazh（）
{
uinty;
for（y=0;y<8;y++）
{
P1=zhuan3[y];
delay（speed）;
}
}
//**************************************************************************************************
//1*5按键扫描结果处理函数
//**************************************************************************************************
keyHandle（）
{
switch（keyValue）
{
case0xb8:
//如果S18按键按下时下转
{
shangzh（）;
delay（50）;
break;
}
case0xe8:
//如果S20按键按下时上转
{
xiazh（）;
delay（50）;
break;
}
case0x78:
//如果S17按键按下时右转
{
youzh（）;
delay（50）;
break;
}
case0xf0:
//如果S21按键按下时左转
{
zuozh（）;
delay（50）;
break;
}
case0xd8:
//如果S19按键按下时切换模式
{
x++;
delay（50）;
break;
}
default:
break;
}
}
keyHandle1（）
{
switch（keyValue）
{
case0xe8:
//如果S20按键按下时上转xh下
{
xh++;//smg_show（sh,xh,zh,yh）;
if（xh==12）
xh=0;
delay（100）;
break;
}
case0xf0:
//如果S21按键按下时左转zh下
{
zh++;//smg_show（sh,xh,zh,yh）;
if（zh==12）
zh=0;
delay（100）;
break;
}
case0xd8:
//如果S19按键按下时切换模式
{
x++;
delay（100）;
break;
}
case0x78:
//如果S17按键按下时右转yh下
{
yh++;//smg_show（sh,xh,zh,yh）;
if（yh==12）
yh=0;
delay（100）;
break;
}
case0xb8:
//如果S18按键按下时下转sh下
{
sh++;//smg_show（sh,xh,zh,yh）;
if（sh==12）
sh=0;
dela
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