点光源跟踪系统光敏三极管步进电机激光笔点光源跟踪

电子设计报告点光源跟踪系统（B题）组员：樊华姚文涵沈洁学校：南京师范大学中北学院专业：电子信息工程指导老师：朱晓舒目录摘要 (3)关键词 (3)一、引言 (4)二、系统方案选择与论证 (5)2.1各种方案设想及论证、优缺点 (5)2.1.1 光敏元件选择方案 (5)2.1.2 光源检测方案 (6)2.1.3 传感器布局方案 (7)2.1.4光电跟踪系统前置放大电路方案 (7)2.1.5 外界环境干扰及其消除方案 (8)三、理论分析与计算 (8)3.1 LED亮度可调电路的理论分析与计算 (8)3.2光电跟踪系统前置放大电路理论分析与计算 (9)四、电路与程序设计 (11)4.1系统的硬件设计 (11)4.1.1微处理和微控制系统单片机 (11)4.1.2电机类型选择 (11)4.1.3系统供电电源设计 (11)4.1.4点光源LED亮度可调电路 (12)4.1.5 光电跟踪系统前置放大电路（跨阻放大器） (12)4.1.6步进电机驱动电路 (12)4.1.7 机械部分的设计 (12)4.1.8系统总体硬件电路框图 (13)4.2系统的软件设计 (13)4.2.1 软件设计总体思想 (13)4.2.2 系统软件结构设计框图 (13)五、测试方案、结果及分析 (15)六、部分设计亮点及调试难点解决方案 (16)6.1 硬件电路设计创意 (16)6.2 用光的特性（直线性）设计检测方法，进行位置精确定位 (16)6.3 软件部分控制精髓 (17)七、总结 (17)八、结束语 (17)九、附录 (18)附录一：系统+12V、+5V供电电源电路图 (18)附录二：LED亮度可调电路 (18)附录三：光源跟踪系统前置放大电路（I-V转换电路） (19)附录四：TLV1544 AD转换电路 (19)附录五：步进电机驱动电路图 (19)附录六：整机系统相关电路图 (20)附录七：整机系统实物图 (20)十、参考文献 (21)摘要本设计以TI公司的超低功耗MCU MSP430 处理器为核心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，该光源跟踪系统能够跟踪点光源位置并由激光笔尽快指向点光源的光电方式定位，以考核光源跟踪系统跟踪点光源的灵敏度以及激光瞄准点光源的精确性来评判设计完成指标。

“点光源跟踪系统”的设计与实现摘要：本点光源跟踪系统由MSP430F5438单片机、bh1750fvi-e光强传感器，LED 灯和云台等组成闭环控制系统，主要模块有LED驱动电路模块、云台控制模块和光能检测模块。

在芯片TPS61062控制的驱动电路作用下产生电流可调的点光源，通过光能检测模块比较各方位光照强度，控制不同继电器的导通从而控制云台向某个方向转动，实现追光功能。

而且，需要校准时也可以用红外进行手动调节。

关键词：MSP430单片机，光能检测，云台控制“The point source Tracking System” 的设计与实现Abstract：The point source tracking system by the MSP430F5438 MCU, bh1750fvi-e light intensity sensors, LED lights and head composed of closed-loop control system, the main module has LED driver circuit module, PTZ control module and the light detection module. TPS61062 chip under the control of drive circuit produces current adjustable light source, light detection module by the parties to place light intensity compared to control conduction of different relays to control head rotation in a certain direction, to achieve functional recovery of light. Moreover, the need for calibration can also be adjusted manually using infrared.Key Words：MSP430 microcontroller, light detection, PTZ control一、方案比较与论证1、LED驱动模块的方案比较与论证方案一：用电源直接在LED的两端加一个电压使LED发光，但这样需要一个可调电压源，通过调节电压来改变LED的电流，从而实现亮度的调节，由于电压的调节很难实现精确的步进，使得这种调节方式线性度很差，给我们监测电流造成了一定的难度，而且这种方案容易损坏LED灯，故未采用此方案。

基于光敏技术的点光源跟踪系统的设计夏淑丽张江伟（徐州工业职业技术学院，江苏徐州221140）摘要本系统以MSP430F4270单片机为控制核心，用光敏电阻作为光源检测传感器，舵机构成执行机构，以舵机驱动激光笔水平或上下移动；由单片机根据光源传感器的信号，采用PID算法输出PWM波控制舵机带动激光笔指向光源。

关键词MSP430F4270LM358TLV1117-3．3reg1117光敏电阻中图分类号TP23文献标识码B文章编号1000-3932（2011）03-0291-03在太阳能电池、太阳能热水器等很多领域中都要对光源进行跟踪，这样做能够使太阳能设备的工作效率、能量吸收率更高。

笔者利用激光笔对点光源进行跟踪，其原理和自动跟踪太阳能设备是一样的。

笔者以1W白光LED作为光源，固定在一支架上。

且LED的电流能够在150 350mA范围内调节。

在一定角度、范围内移动支架，且确保光源跟踪系统中的激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点光源。

1方案设计1．1方案分析由于光源为1W白色LED，为使其稳定工作，最好使用恒流源供电；要实现跟踪装置且要检测光照强度判断光源的位置，因此光电传感器的选择也尤为重要。

①1．2设计方案选择1．2．1恒流源的选择对于恒流源电路，本设计选用LM358芯片构成恒流源。

LM358内部包括有两个独立的、高增益、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（ʃ1．5 ʃ15V）低功耗电流，低输入偏流、输入失调电压和失调电流，使用更灵活［1］。

1．2．2光敏器件的选择光敏器件包括光敏二极管、光敏三极管及光敏电阻等。

其中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。

光敏电阻属半导体光敏器件具有灵敏度高、光谱响应范围宽、重量轻、机械强度高、耐冲击、抗过载能力强、耗散功率大以及寿命长等特点［2］。

同时考虑到本设计需要实现元器件在结构上的连续排列，因此本设计采用光敏电阻。

点光源跟踪器【摘要】：本点光源跟踪器主要组成模块有主控制模块、光照检测模块、光驱动模块、继电器控制模块等。

主要芯片是MSP430F4270单片机、白光驱动TPS61062、光敏三极管3DU33、运放TLV2711和云台激光笔等组成的系统。

能够实现跟踪点光源的功能。

在1W的白光LED光照条件下，光能检测模块将光强转换为电压，单片机的SD 对电压采样比较，然后选择输出高电平。

这个高电平会使相应的继电器工作，则云台转动，使光电检测部分指向点电源的正确位置。

一、系统方案方案一：采用目前比较通用的51系列单片机。

此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大。

虽然该系统采用单片机为核心，能够实现对外围电路的智能控制部件。

由于光强度的变化是微小的变化，单片机为达到设计精度的要求，外围电路必须加上12位的A/D，这使得整个系统硬件电路变得复杂，而且12位的A/D器件价格较高，使得系统的性价比偏低。

方案二：采用TI的16位MSP430F4270单片机。

此单片机功能较强、兼容性好、性价比高；易扩展、可靠性、功耗小以及具有较高的数据处理和运算能力，系统时钟频率高，运行速度快，而且由于MSP430F5438单片机内部集成了16位的SD模/数转换器，不需外加模/数转换器，就可以很精确地将光强度的变化转换为电压值。

通过采样取样，结合内部A/D，构成闭环反馈调整控制。

此种方案既能实现智能化的特点，简化硬件电路，提高测量精度，同时也能利用软件对测量误差进行补偿，这给调试、维护和功能的扩展，性能的提高，带来了极大的方便。

鉴于上面考虑，我们采用第二个方案。

根据题目要求系统框图如下：图1系统框图系统工作原理：系统是由主控制模块、光照检测模块、光驱动模块、继电器控制模块等组成。

打开电源，操作单片机使白光LED 在300mA 下工作，用两对光敏三极管分别监测左右，上下的光强信号。

光电采集模块将光度强弱信号转换为电压值（三极管感应到的光度越强则采样的电压会越大），然后单片机16位的SD 对其中一对电压采样并比较两值的大小，当这两个电压值之差超过一定的门限，这时单片机输出高低电平，控制继电器的工作，使云台向光度强的方向运动。

摘要：本设计以TI 的LM3S1138处理器为核心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，当LED 光源在圆弧或直线上运动时，检测模块检测信号后经过放大滤波送入LM3S1138进行处理，用电机驱动模块控制检测模块在水平和竖直方向上的旋转使激光笔指示光源位置，即实现点光源跟踪。

系统主要由四个模块构成：LED 驱动模块、检测及其转换模块、LM3S1138处理模块和电机控制模块。

其中用TPS61087驱动LED,光敏三极管检测光照强度，由两个步进电机分别控制激光笔水平和竖直方向上的旋转。

关键字：LM3S1138 TPS61087 光敏三极管 步进电机 激光笔 点光源跟踪一 系统方案根据题目的要求，设计任务是通过使用光敏器件检测光照强度来判断光源的位置并用激光笔指示光源的位置。

为了完成上述功能，将整个系统设计为两个模块，点光源模块和指示光源模块。

整个系统的总体框图如图1-1所示：图1-1 系统总体框图1.1 LED 驱动模块方案选择与论证方案一：采用LM317做LED 驱动模块。

LM317是三端可调正稳压器集成电路，它的输出电压范围是1.2V 至37V ，负载电流最大为1.5A 。

由LM317构成的驱动电路简单，但功耗较大，而且要注意散热问题。

方案二：采用TPS61087做LED 驱动模块。

TPS61087是具有强制PWM 模式的650kHz/1.2MHz 升压DC-DC 转换器，输入电压范围为2.5~6V ，输出电压可高达18.5V 。

采用TPS61087的驱动电路的输出电流可达500mA 以上，足够用来驱动150～350mA 范围的白光LED 。

因此本设计采用方案二。

1.2 光敏传感器的选择与论证LED 驱动模块 光敏三极管检测模块放大模块 滤波模块LM3S1138 处理模块步进电机 控制模块 按键控制方案一：采用光敏电阻检测光照强度。

它在强光照射下光电转换线性较差，频率响应很低。

方案二：采用光敏二极管检测光照强度。

点光源跟踪系统【摘要】：本系统设计以MSP430F169微处理器为控制器点光源自动跟踪系统，点光源跟踪系统由光源检测控制和点动光源两大部分组成。

光源检测控制通过单片机控制两个步进电机，实现激光笔左右上下两个方向运动，可实现精准跟踪光源，点动光源用恒流源控制1W LED发光，光敏三极管构成检测光源位置电路。

系统使用NOKIA3510彩色液晶显示，不仅美观，而且菜单显示使系统可视化。

本系统结构简单，功能强大，系统稳定。

关键词：步进电机MSP430F169 NOKIA3510 光敏三极管一系统整体方案确立与单元模块方案论证及比较本题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。

自动跟踪系统要实现检测光源和跟踪光源，通过光敏器件检测光照强度判断光源的位置，辅以微处理器控制电机，电机控制激光笔的左右上下运动来跟踪光源。

有以下两种总的方案可供选择：（1）电机的选择方案论证方案一：实用云台机构。

利用全方位云台内部的两个电机，分别控制激光笔上下、左右转动；这种方案的优点是控制起来较比较方便，机械性能较好，但是市场上云台价格较贵，由于云台通过同步电机实现转动，运动惯性比较大，不易控制。

方案二：控制步进电机。

利用两个步进电机，分别控制激光笔上下、左右向的转动；步进电机控制方便，驱动电路设计容易。

这种方案的优点是经济。

综上所述：考虑到激光笔上下左右运动的角度非常微小，而且步进电机便宜，故选用方案二。

（2）电机驱动模块选择方案一：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。

L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它工作频率高，一片L298N可以控制1个步进电机，而且还带有控制使能端。

用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。

方案二：用分立元件构成驱动电路。

由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。

但是这种电路工作性能不够稳定。

方案三：用高耐压、大电流达林顿陈列—ULN2003做驱动电路。

点光源跟踪系统摘要：本系统是以单片机的最小系统为控制核心，分为点光源、信号采集、信号放大、步进电机和人机交互模块等部分。

该系统通过控制步进电机正反转来追踪在一定范围内移动的点光源；当支架用手动方式沿着以跟踪系统为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于±45º的范围内移动，也可以沿直线以该圆的一个切线移动，该追踪系统都能锁定点光源的位置。

一、方案论证和比较a）信号采集元件的选择方案一：利用光敏电阻在不同光照强度下电阻阻值随光照强度的增强而减小的原理来提取信号。

光敏电阻比较稳定，能够很好的把光信号转变为电信号，而且经济适用；但其反应不够灵敏，而且受周围环境温度的影响比较大。

方案二：使用光敏二极管作为采光元件。

当遇到外界光照时，光敏电阻内PN结的电子和空穴会增多从而其值会下降。

它感光性能良好，稳定而且反应速度快；但是其电流值太小，不便于信号的提取，后级需要很大的信号放大，这样就导致误差增大。

方案三：使用光敏三极管作为信号提取原件。

光敏三级管不仅采光性能灵敏稳定，而且其本身就具备电流放大作用；如果仍不能达到要求可以使用达林顿光敏三极管来放大电流。

综合考虑上述三种方案，我们最终选择方案三。

b）电机的选择电机是整个系统的动力源，而题目并没有规定使用何种电机，所以在系统设计之初首先面临的一个问题便是选用什么电机。

方案一：采用直流电动机。

直流电机输出功率大，带负载能力强，驱动电路简单，但精确控制直流电机转动角度不易实现。

方案二：使用步进电机，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

给电机加一个脉冲信号，电机就转过一个步距角，具有较强的快速启停能力。

其控制特性如图所示。

θ= ck ,其中θ为步进电机的角位移量,k 为脉冲数, c 为常数。

这一线性关系的存在，使得步进电机只有周期性的误差而无累积误差，这一特性是整个系统方案的基础。

我们采用的是四相八拍步进电机。

C）电机驱动模块的选择方案一：直接用单片机输出四相脉冲来控制L298驱动步进电机正反转，当顺序为A-B、B、B-C、C、C-D、D、D-A时，步进电机正转，当顺序为A-D、D、D-C、C、BC-B、B-A、A时步进电机反转。

基于单片机MSP430的点光源跟踪系统设计摘要目前太阳能是一种清洁无污染的能源, 发展前景非常广阔, 太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。

然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题, 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。

目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的, 没有充分利用太阳能资源, 发电效率低下。

据实验, 在太阳能光发电中, 一样条件下, 采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，因此在太阳能利用中进行跟踪是十分必要的。

本设计给出了一种基于单片机的点光源自动跟踪系统设计方案, 该设计使用TI公司的超低功耗的MSP430F149单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。

利用4路光敏三极管(3DU33)来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控制器MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。

当水平方向上的2路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。

同时将光敏三极管检测的信号显示在LCD液晶屏幕上。

本设计可以扩展为以后的太阳能发电的自动跟踪系统。

该系统不仅能自动根据太方向来调整太阳能电池板朝向, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。

关键词：MSP430；光源；跟踪；检测；传感器Msp430 microcontroller-based point source trackingsystemHardware DesignDesign DescriptionCurrently solar energy is a clean and pollution-free energy, the development prospects are very bright, solar power has become the world's fastest-growing technology. But it also has intermittent, light direction and intensity of the problem change over time, which the collection and use of solar energy put forward higher requirements. At present, many solar arrays are basically fixed, do not make full use of solar energy resources, power generation efficiency is low. According to experiment, solar power, the same conditions, power generation equipment using automatic tracking equipment than the fixed power generating capacity increased by 35%, so to track utilization of solar energy is necessary.This design gives a light source based on single chip design of automatic tracking system, the design uses TI's MSP430F149 ultra-low power microcontroller controls the whole system as the core, mainly by the motor drive module, point source detection module, power supply conversion module and other modules. Using 4 phototransistor (3DU33) todetect the location of a point source is detected and amplified signal to pass the controller MSP430F149 microcontroller, operation and processing through the MCU to determine trends in the movement of light source, and operation of the control signal transmission to two stepper motors, to follow the point source movement. When the horizontal direction, 2-way phototransistor relatively close to measured values, while 2-way vertical phototransistor on the measured values are relatively close, the sensor is located in the middle of the vertical laser pointer to point to the exact point of light. Phototransistor detected the same time are shown on the LCD liquid crystal screen.This design can be extended automatically for subsequent sun tracking system. The system can not only automatically adjust the direction of sunlight solar panels toward the simple structure, low cost, but also in the process of tracking memory and can automatically correct the coordinates of the location at different times, without human intervention, especially for more complex and non-weather people on duty, effectively improving the utilization of solar energy, has a higher value.Key Words:MSP430; light source; tracking; detection; sensor目录1绪论12点光源跟踪系统硬件设计22.1系统设计概述22.2方案论证与比较32.2.1主控芯片的选择32.2.2电机的选择42.2.3电机驱动的选择52.2.4传感器的选择52.2.5 LCD液晶显示器的选择62.3系统硬件设计72.3.1硬件方框图72.3.2单片机MSP43072.3.3步进电机122.3.4液晶显示器152.3.5信号放大器192.4硬件电路图设计202.4.1电源转换电路设计202.4.2信号检测电路设计202.4.3步进电机驱动电路设计212.4.4键盘设计222.4.5液晶显示器的设计232.4.6系统原理图243印刷电路图的绘制253.1 PCB图绘制的准备253.2 PCB的绘制254仿真步进电机的控制264.1硬件仿真274.1.1方案设计274.1.2硬件仿真原理274.2软件仿真304.2.1程序流程图304.2.3源程序304.3系统调试和结果分析314.3.1电机正转运行314.3.2电机反转运行324.3.3仿真结果与分析325总结33致34参考文献35 附录351绪论该设计采用TI公司的超低功耗的MSP430F149单片机作为整个系统的核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。

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θ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±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二、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β（≤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±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 m A；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。

点光源跟踪系统目录1.【摘要】 (1)2.系统整体方案确立 (2)3.方案设计论证与比较 (2)3.1方案设计 (2)3.2方案论证与比较 (2)3.2.1控制核心的选择与比较 (2)3.2.2恒流源的选择与比较 (3)3.2.3光敏器件的选择与比较 (3)4.系统的建立 (4)4.1系统构建框图 (4)4.2硬件电路的制作 (4)4.2.1可调恒流源电路 (4)4.2.2光源检测电路 (5)4.2.3 msp430最小系统 (6)4.2.4 JS-8580-V6C驱动步进电机模 (6)4.3程序设计 (7)4.3.1程序系统框图 (7)4.3.2程序代码 (8)5.系统调试 (9)5.1调试仪器 (9)5.2调试结果 (9)5.2.1 恒流源数据测试 (9)5.2.2系统测试 (10)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。

点光源跟踪系统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。

点光源跟踪系统摘要:本文设计了一个基于低功耗单片机MSP430F2618的光源跟踪系统，系统分为可移动光源、光信号接收及处理、亮斑位置调整三个主模块。

可移动光源利用1W白光LED和驱动芯片TPS61062发出亮度可调的光信号；光信号接收及处理模块利用光敏三极管并经过信号调理电路，完成光信号的接收和处理；亮斑位置调整模块由步进电机及其驱动电路组成，是调整亮斑位置的执行电路，MCU对采集的光信号进行处理，并运用比例积分（PI）控制算法与脉宽调制（PWM）完成对电机的控制，从而实现激光亮斑对可移动光源位置的跟踪。

此外，该系统还包含电源、声光报警、液晶显示、拨码开关等模块，人机交互界面友好，使用方便。

关键字： PI控制算法 PWM控制 LED光源步进电机1一、系统方案1. 整体方案选择根据题目要求，此光源跟踪系统可按功能划分为可移动光源、光信号接收及处理、亮斑位置调整三个主模块。

利用光敏三极管将可移动光源发出的光信号转化为电信号后，由MCU对采集的信号进行计算处理，并控制电机和舵机以调整激光笔的角度，实现激光亮斑对可移动光源的跟踪。

系统整体框图如下图所示：2.主控制器的论证与选择方案一：采用FPGA作为系统的主控制器，对光信号接收及处理系统产生的电信号进行处理，并控制电机运动。

FPGA速度快,但成本偏高，算术运算能力不强。

方案二：采用MSP430F2618单片机作为控制核心。

该单片机拥有包括ADC 在内的丰富外设资源，且算术运算能力较强，软件编程灵活，可以实现各种灵活的运动控制。

考虑到本系统对速度要求不高，最终采用了方案二。

3. 光信号接收及处理模块的论证与选择此模块的主要功能是利用三组光敏三极管，把可移动光源发出的光信号转化为电信号，其中两组位于水平面，一组位于竖直面，且每组的两个光敏三极管关于中心对称。

要实现此模块功能，有以下可选方案：方案一：利用比较器，并设置门槛电压为0V，输入信号为每组的两个光敏三极管的分压。

点光源跟踪系统的研究[摘要] 本系统采用MSP430F2274作为控制核心，通过键盘修改参数，全面实现了题目中的基本要求和发挥部分要求。

建立二维坐标，使用两个舵机分别控制随动系统垂直方向和水平方向，使得激光笔能够更加快速准确的指向光源，尤其是当光源沿直线运动时。

当光源移动30cm时，随动系统能够快速自动找到光源。

[关键词] MSP430 随动系统实时跟踪伺服电机一、方案比较与论证本设计要求实现随动系统能够定点找到光源，随动追踪光源，光源沿弧线和直线运动时均能够找到光源等。

根据题目要求，本系统由单片机、LED光源、捕获光强、放大电路、舵机等五个模块构成，各模块经过多个方案的比较与论证，最终提出了使系统最优化的整个系统方案。

系统总体框图如图B-1所示。

1、捕获光强系统模块捕获光强系统模块主要由光敏三极管、激光笔组成。

方案一：一维随动系统，采用一个光敏三极管和一个激光笔的方式。

如图B-2所示。

G为光敏三极管J为激光笔光敏三极管G位于激光笔J的上方，两者在垂直方向处于同一直线上，以光敏三极管为中心可水平转动。

初始调整位置时，光敏三极管的轴线与激光笔的轴线要相交于光源B。

光敏三极管接收来自光源B的光照，如图B-3。

首先找到让光敏三极管扫描一次，得到最大电压值Um，从而找到最大的光强位置，即光源。

当光源发生移动时，光敏三极管接收到的光强减小，此时控制随动系统跟踪光源的运动方向进行移动。

此方案电路简单，容易调整三极管和激光笔的初始位置。

但是光源沿直线运动时，光敏三极管和激光头的轴线不可能交与一点，导致跟踪光源时出现偏差。

由于随动系统只能水平转动不能垂直转动，导致当光源沿直线LM移动时，激光笔不能准确的指向光源，存在固有误差图B-3三极管接受光源示意图方案二：二维随动系统。

采用四个光敏三极管成十字形排列，一个激光笔位于十字中心。

如图B-4所示。

图B-4方案二其中采用一个伺服电机控制L和R两个光敏三极管三极管用于沿水平方向捕获光强，另一个伺服电机控制S和X用于沿垂直方向捕获光强，最终寻找的光源位置为水平扫描和垂直扫描的交点。