以MSP430F149單片機為控制核心的的點光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計

以MSP430F149單片機為控制核心的的點光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)方案論證1.1系統(tǒng)各模塊方案的選擇與論證（1）電機驅(qū)動模塊。采用L298驅(qū)動芯片組成驅(qū)動電路，可以通過控制中心輸出的高低電平對電動機的方向進行控制，并且可以通過PWM波直接控制電動機的速度。電路較為簡～單，容易實現(xiàn)，驅(qū)動能力和抗干擾能力強，性價比高。（2）LED燈電流調(diào)節(jié)與光源檢測模塊。發(fā)射端通過直流穩(wěn)壓電源來點亮白光LED，通過調(diào)節(jié)白光LED兩端的電壓來調(diào)節(jié)電流從而調(diào)節(jié)亮度，接收端采用多個光敏電阻，通過光敏電阻阻值的變化來判斷光源的位置。（3）LED電流檢測模塊。在LED的下端串聯(lián)一0.1Ω的電阻，電阻的另一端接地，采用OPA335精密放大器對0.1Ω電阻的壓降進行放大，再通過AD采樣處理，從而測量計算出流過LED的電流。1.2系統(tǒng)組成本系統(tǒng)采用兩片TI公司的MSP430F149單片機分別作為發(fā)送部分和接受部分的控制核心，完成信號發(fā)送和接收、電流檢測、控制電機、鍵盤輸入及液晶顯示等功能。MSP430F149單片機內(nèi)部資源豐富，集成了A／D模塊，無需擴展引腳，電路設(shè)計和制作簡單，功耗低。外圍電路模塊包括：電機驅(qū)動模塊、LED控制模塊、電流檢測模塊、光信號的發(fā)射與接收模塊和液晶顯示模塊。2理論分析與硬件電路設(shè)計2.1LED控制和電流檢測電路LED通過調(diào)節(jié)LED兩端的電壓，來改變電流，從而實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)，可將LED控制電路采用分壓的方式，將LED與一個1OΩ的電阻串聯(lián)來對LED分壓，通過調(diào)節(jié)串聯(lián)電路電壓來調(diào)節(jié)電流，控制LED的亮度。經(jīng)過計算：即10Ω電阻的功率最大值將近1.6W。故10Ω電阻采用3W的功率電阻。電壓調(diào)整采用LM317，其輸出電壓范圍為：即可調(diào)范圍為4.0V到8.4V，換算成電流為：即電流范圍可達80～440mA，可滿足在150-350mA的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)要求。電流檢測模塊通過測量電路中已知電阻兩端電壓來換算出電流，由于用來測量電壓的電阻阻值要盡量小，故選擇0.1Ω的功率電阻，并聯(lián)的放大器等效電阻可忽略不記，經(jīng)過計算，0.1Ω電阻兩端的壓降在0.008V～0.042V之間，電壓值非常小，需要經(jīng)過一級電壓放大電路。由于單片機的AD采樣內(nèi)部參考電壓最大值為3.3V，因此放大后電壓值3.3V以內(nèi)。電壓放大采用TI公司的軌到軌運算放大器0PA335，該運放具有良好的電壓放大性能，單電源供電，放大直流信號沒有衰減，連接為同相比例放大。0PA335的輸出接單片機的模擬信號輸入端P6.0，進行AD采樣。電路如圖2所示。圖2電流調(diào)節(jié)與檢測電路2.3電機驅(qū)動電路由于采用步進減速電機，電流較大。經(jīng)過測量，在7V電壓供電時，電機的電流為1.4A，在5v供電時，電流為0.9A，系統(tǒng)采用7.2V的干電池供電，電機驅(qū)動芯片需要能夠承受較大的電流。故采用L298作為電機驅(qū)動，能承受足夠大的電流。2.4檢測光源電路檢測光源電路的主要原理是通過檢測到光敏電阻的電阻變化，從而引起電壓的變化，單片機通過識別不同的電壓信號來控制電機的轉(zhuǎn)動。本設(shè)計還采用套黑管的方法提高精確度。將LM324用做電壓比較器，LM324的反向輸入端通過兩個相等的電阻將電源的電壓分半，作為反向輸入端的輸入電壓，在同向輸入端同樣采用分壓的原理，上端連接光敏電阻，下端接一個100K的滑動變阻器來調(diào)節(jié)光敏電阻的靈敏度。電路如圖3所示。圖3檢測光源電路3控制算法與軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件主要分為3個部分：檢測光源、檢測顯示電流、步進電機控制。算法設(shè)計也圍繞這3個方面展開。3.1控制算法水平方向用4個光敏電阻來尋找和跟蹤光源，將光敏電阻接入比較器串聯(lián)滑動變阻器，接在LM324輸入端，單片機通過電平變化來判斷光源的具體位置。在沒有檢測到光時，兩個比較器都輸出低電平，當有一個檢測到光時，與此相連的比較器輸出變?yōu)楦唠娖?，當兩個比較器的輸出都為高電平時，說明此時光源在兩個光敏電阻之間，此時已檢測到光源的中心，控制電機停止。在光源跟蹤時，通過判斷水平方向兩個比較器的狀態(tài)來實現(xiàn)。當左邊的比較器輸出為高電平，右邊輸出低電平時，說明光源左移，控制步進電機左移。同理可控制電機右移。當兩個比較器輸出都為高電平時，說明光源在中心，不用移動。當兩個比較器都輸出低電平時，都沒檢測到光源，此時重新掃描。由于要實現(xiàn)激光筆對準光源時，將光源支架沿著直線LM平穩(wěn)緩慢（15秒內(nèi)）移動60cm，激光筆能夠連續(xù)跟蹤指向光源，而系統(tǒng)采用的減速步進電機可將一個圓周細分為4096步，每個脈沖走的距離約為：每個脈沖步進3.07mm，可實現(xiàn)對光源的連續(xù)跟蹤。要實現(xiàn)將光源支架沿著直線LM平穩(wěn)緩慢（15秒內(nèi)