点光源跟踪系统--设计报告[1].doc

点光源跟踪系统(题目)一、任务设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统， 系统示意图如图1所示光源B使用单只1W白光LED ,固定在一支架上LED的电流能够在150〜 350mA的范围内调节初始状态下光源中心线与支架间的夹角 9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 的圆周在不大于土 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，通过使用光敏器件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图1光源跟踪系统示意图、要求1基本要求(1) 光源跟踪系统中的指向激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点 光源；(2) 将激光笔光点调偏离点光源中心 30cm时，激光笔能够尽快指向点光源；(3) 在激光笔基本对准光源时，以A为圆心，将光源支架沿着圆周缓慢(10~15 秒内)平稳移动20o (约60cm)，激光笔能够连续跟踪指向LED点光 源；2 •发挥部分(1) 在激光笔基本对准光源时，将光源支架沿着直线 LM平稳缓慢(15秒 内)移动60cm，激光笔能够连续跟踪指向光源。

2) 将光源支架旋转一个角度 B(w 20o)，激光笔能够迅速指向光源3） 光源跟踪系统检测光源具有自适应性，改变点光源的亮度时（ LED驱 动电流变化土 50mA），能够实现发挥部分（1）的内容；（4） 其他三、说明1 •作为光源的LED的电流应该能够调整并可测量；2•测试现场为正常室内光照，跟踪系统 A不正对直射阳光和强光源；3 •系统测光部件应该包含在光源跟踪系统 A中；4•光源跟踪系统在寻找跟踪点光源的过程中，不得人为干预光源跟踪系统的 工作；5•除发挥部分（3）项目外，点光源的电流应为300± 15 mA；6•在进行发挥部分（3）项测试时，不得改变光源跟踪系统的电路参数或工作 模式；点光源跟踪系统（报告）摘要：本方案所涉及的点光源跟踪系统采用光敏三级管来检测点光源，并且利用比较 比较器来判断电压高低，从而获知各个光敏传感器接收到的光的强弱来判断点 光源的位置然后通过两个 298直流电机分别控制装有红外线激光笔所在的圆 盘进行水平、垂直方向的移动而点光源采用的是单只 1W白光LED以A为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于土 45o的范围内移动关键词：步进电机 光敏三极管LED点光源Abstract:The program involves a point source tracking system uses three tubes to detect light sen sitive point light source, and use more voltage comparator to determ ine the level of light sensors to learn all the strength of the received light to determine the point source position. Then two 298 DC motor control with infrared laser pointer, respectively, where the disc horizontal and vertical movement. The light source is used in single 1W white LED, with A as the center, about 173cm circumference of radius r is not greater than 45 o i±the range of movement.Keywords: DC motor phototra nsistor 298 LED light source目录、方案设计与论证1.1题目解析 011.2方案讨论 02二、 理论分析与计算2.1系统的整体设计，2.2功能模块的设计，三、 硬件设计3.1系统的整体设计，3.2功能模块的设计，四、 软件设计4.1系统的整体设计，4.2功能模块设计•…五、系统的组装与调试5.1整体结构布局与工艺图5.2系统调试 5.3测试结果及分析 附录一附录二1.1题目解析方案设计主要分为两块：点光源 B光源跟踪系统A。

首先，光源B使用固 定在一支架上的只1W白光LED，其流能够在150〜350mA的范围内调节初 始状态下光源中心线与支架间的夹角 9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的圆周在不大于土 45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，通过使用光敏器件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图所示：根据题目所知，该系统必须具有对光强度进行识别、 判断以及根据判断后的 信息进行转向，将激光束指向点光源这几大功能1.2方案讨论方案一：使用430单片机来控制两个步进电机转动，并使用A\D来判断光敏传感 器输出电压大小，并进行比较最后确定光源位置并转动方案二：使用51单片机来控制两个步进电机转动，并使用 A\D来比较光敏传感 器输出电压的大小，比较后使电机转动找到点光源的位置方案三：使用51单片机来控制两个直流电机转动来带动两个转盘转动，使用比 较器来判断光敏传感器输出电压的大小，并且确定点光源的位置后靠两电机转动 来调整位置相比于430单片机，51单片机编程更加简单并且利于理解。

LM258组成的比较器 与A\D相比，结构更加简单、稳定，易于控制且成本更低相比于步进电机，直 流电机更加易于控制，且转动更加灵活光敏传感器分为光敏二极管、三极管， 光敏电阻三类其中光敏电阻相对于光敏二极管、 三极管准确度稍低，而光敏二 极管不如光敏三极管灵敏，所以最终选用光敏三极管所以，最终方案是采用51单片机来控制两个直流电机298转动且选用光 敏三极管作为光敏传感器，通过四个LM258组成的比较器来分别判定两两相邻的 两个传感器输出电压的大小二、硬件设计2.1系统的整体设计原理框图：2.2功能模块的设计一、步进电机转动模块：主要由两个转盘组成，底座上的转盘与水平面平行，由电机控制着顺时针（逆 时针）转动而探头装在另一个转盘，该转盘由电机控制着在垂直水平面地方向1311II令i 上做半圆周运动其中，电机选用的是L298N步进电机，它内部包含四通道逻辑 驱动电路iMJIRjrin ouiajf s—3 irur-i5 BWMEEiMMT ]5 LOK Bu*,T 8就 3 GHD> RHJTJ*a HWMC A> PWI 1n "|和祖闻a *,> ouiRir^二S ormri? CiWi 空 lM9*$步进电机正转脉冲分配表:步数P00P01P02P03AB/A/B11100201103001141001步进电机反转脉冲分配表:步数P00P01P02P03AB/A/B11100210013001140110两电机与L298N的连接电路图:+12V+5V二、光敏传感器模块：选用光敏三极管作为光敏传感器, 圆盘上。

该模块电路图如下：制作四个小模块，两两对称分布在第二个三、比较器模块：在这一功能块里我们使用了 LM258和LM311两种运放来制作比较器部分，来 判断两两对称的光敏模块的输出电压大小.3 Vcc iCXJT [（匕e耳输出 HN-2 7习平樹/誉能 ］I*3 5（俯视图）习賊 GND4 5接圏地巨叵VeeE]2OUT 12(1 J输入I丨2IN+左图分别为 LM311和LM258的管脚图GNDOUT左图为比较器的电路图并且因为每个光敏三极管在相同光强下输出的电压值会有所不同， 所以在光敏传感器模块输出到比较器部分之前还需要利用电位器调节使得两者在相同光照强 度下输出电压相同四、单片机模块:三、软件设计3.1系统的整体设计原理框图如下:四、系统组装与调试4.1整体结构布局与工艺图 整体构架简图：上圆盘光敏模块分布图:图中长方形即为光敏模块电路图：4.2系统调试一、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， 用示波器探头连接输出端，观察输出电 压，并用电位器调节至一致二、 红外线探头的调试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，找准红外线光束对准的位置，并安装好 红外线探头。

三、 转动速度的调试根据上下两圆盘的转动情况，对程序进行修改，确定合适的转速4.3测试结果及分析一、光敏传感器模块：所偏角度为装有四个光敏传感器模块的转盘相对于点光源的偏转角度测量工具为万用表输出电压值N左偏90°左偏60°左偏30°正对光源右偏30°右偏60°右偏90°模块1 （上）0.011.812.964.332.951.800.01模块2 （下）0.001.802.954.312.981.820.02模块3 （左）0.021.022.784.323.212.100.00模块4 （右）0.002.033.124.332.802.030.01输出电压值/V上偏90°上偏60°上偏30°正对光源下偏30°下偏60°下偏90°模块1 （上）0.014.330.01模块2 （下）0.004.310.00模块3 （左）0.021.822.954.3220.01模块4 （右）0.011.812.944.33o.02比较器输出电平与转向:高电平低电平比较器1 （左右）向左转向右转比较器2 （上下）向上转向下转激光笔所指的位置在离点光源5cm的范围内三、该系统实现的功能：（1） 光源跟踪系统中的指向激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点 光源；（2） 将激光笔光点调偏离点光源中心 30cm时，激光笔能够尽快指向点光源；（3） 在激光笔基本对准光源时，以A为圆心，将光源支架沿着圆周缓慢（10~15 秒内）平稳移动20o（约60cm），激光笔能够连续跟踪指向LED点光源。

附录一:元件型号/大小数量木质圆盘2直流电机2红外探头189C52。