点光源跟踪系统.docx
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点光源跟踪系统
1.【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MSP430
MSP430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89c51
89C51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AVR
AVR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3～30v，双电源±1.5～±15v，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150v～400v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β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UDS>UGS-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
4.2.3msp430最小系统
4.2.4JS-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.h"
voidIO_init（）;
voidCLOCK_init（）;
voidTA_init（）;
voidLeft（）;
voidRight（）;
voidStop（）;
voidScan（）;
unsignedcharKEY=0XFF;
unsignedintjd;
intmain（void）
{
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
IO_init（）;
CLOCK_init（）;
TA_init（）;
_EINT（）;
while
（1）
{
Scan（）;
}
}
voidIO_init（）
{
P6DIR|=BIT1+BIT2;//脉冲方向
P6OUT=0XFF;
P5DIR=0X00;
P1DIR=0XFF;
P1OUT=0XFF;
P2DIR=0XFF;
P2OUT=0X00;
P3DIR=0XFF;
P3OUT=0X00;
}
voidCLOCK_init（）
{
unsignedinti;
BCSCTL1&=~XT2OFF;
do
{
IFG1&=~OFIFG;
for（i=0xff;i>0;i--）;
}while（（IFG1&OFIFG）!
=0）;
BCSCTL2|=SELM1;
BCSCTL2|=DIVM_3;
}
voidTA_init（）
{
TACTL|=TASSEL_1+TACLR;
CCR0=20;
TACTL|=MC_1;
//CCTL0|=CCIE;
}
voidScan（）
{
KEY=P5IN&0XE0;
switch（KEY）
{
case0x00:
Stop（）;break;
case0x60:
Left（）;break;
case0xC0:
Right（）;break;
case0x40:
Stop（）;break;
case0x80:
Left（）;break;
case0x20:
Right（）;break;
default:
break;
}
}
voidStop（）
{
CCTL0&=~CCIE;
}
voidLeft（）
{
P3OUT=0XFF;
CCTL0|=CCIE;
}
voidRight（）
{
P3OUT=0X00;
CCTL0|=CCIE;
}
#pragmavector=TIMERA0_VECTOR
__interruptvoidTA_ISR（void）
{
P6OUT^=BIT1;
}
5.系统调试
5.1调试仪器
数字万用表UT39A
5.2调试结果
5.2.1恒流源数据测试
UDS（V）
UGS（V）
iD（A）
5
5
5
5
5.2.2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）
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