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光源自动跟踪系统设计系统建模一、引言光源自动跟踪系统是一种能够自动调节光源方向的系统，可以在不同的环境下保持照明效果稳定，提高照明效率和舒适度。
本文将介绍该系统的设计和建模。
二、系统设计1. 系统组成光源自动跟踪系统由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器负责检测环境亮度和人体位置，控制器根据传感器反馈的信息计算出最优的光源方向指令，执行器则根据指令调节光源方向。
2. 传感器选择为了实现对环境亮度和人体位置的检测，我们选择了光敏电阻和红外传感器作为传感器。
光敏电阻可以检测环境亮度，并将其转化为电信号输出；红外传感器可以检测人体位置，并将其转化为数字信号输出。
3. 控制算法控制算法是整个系统的核心部分，它决定了最终的光源方向。
我们采用PID控制算法来实现自动跟踪功能。
PID控制算法通过比较目标值与实际值之间的误差来调整输出量，从而实现对光源方向的控制。
4. 执行器选择为了实现对光源方向的调节，我们选择了舵机作为执行器。
舵机可以根据输入的PWM信号调整自身角度，从而实现对光源方向的调节。
三、系统建模1. 传感器模型光敏电阻和红外传感器都可以用简单的数学模型来描述。
光敏电阻的输出电压与环境亮度成反比，可以用以下公式表示：V = K / L其中V为输出电压，K为常数，L为环境亮度。
红外传感器可以将人体位置转化为数字信号输出。
我们假设人体位置在传感器正前方时输出最大值，离开传感器越远输出越小，并且在一定范围内保持线性关系。
因此，红外传感器的数学模型可以表示为：D = K * (1 - |x| / L)其中D为数字输出值，K、L为常数，x表示人体位置与传感器正前方的距离。
2. 控制算法模型PID控制算法是一种经典的控制算法，在工业自动化领域得到广泛应用。
其基本原理是通过比较目标值和实际值之间的误差来调整输出量，从而实现对被控对象的控制。
PID控制算法可以用以下公式表示：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t) / dt其中u(t)为输出量，e(t)为误差，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分系数。
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。
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X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X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150～350mAX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。
当反向电流增大时，但容易受温度变化的影响。
方案三：采用光敏三极管检测光照强度。
光敏三极管还有电流放大作用，它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。
光电追踪系统的设计原理和实践光电追踪系统的设计原理和实践光电追踪系统是一种基于光电传感器和追踪算法的系统，可以实时监测和跟踪目标物体的运动轨迹。
它在许多领域有着广泛的应用，如自动驾驶、机器人导航和安防监控等。
本文将介绍光电追踪系统的设计原理和实践。
光电追踪系统的设计原理主要包括硬件和软件两个方面。
在硬件方面，系统使用光电传感器来接收光信号，并将其转换为电信号。
光电传感器通常采用光敏电阻、光电二极管或光电三极管等。
通过合理的电路设计和信号放大，可以提高光电传感器的灵敏度和抗干扰能力。
在软件方面，光电追踪系统需要进行目标的检测、识别和跟踪。
目标检测是指在图像或视频中找到目标物体的位置和大小。
常用的目标检测算法有Haar特征检测、HOG特征检测和深度学习等。
一旦目标被检测到，系统会使用跟踪算法来实时跟踪目标的位置和运动轨迹。
常见的跟踪算法有卡尔曼滤波、粒子滤波和相关滤波等。
这些算法可以根据目标的运动特征和环境条件，实现快速准确的目标跟踪。
在实践中，光电追踪系统的应用非常广泛。
例如，在自动驾驶中，光电追踪系统可以实时跟踪周围车辆和行人的位置和速度，从而实现自动驾驶车辆的安全行驶。
在机器人导航中，光电追踪系统可以帮助机器人识别和跟踪目标位置，实现自主导航和定位。
在安防监控中，光电追踪系统可以实时监测和跟踪可疑人员或物体的移动轨迹，提高安全性和保护效果。
然而，光电追踪系统也面临一些挑战和限制。
首先，光电传感器的灵敏度和分辨率会影响系统的跟踪精度和速度。
其次，环境因素如光照、背景干扰和目标遮挡等，也会对系统的性能产生影响。
此外，系统的实时性和算法的复杂度也是需要考虑的因素。
总结来说，光电追踪系统是一种基于光电传感器和追踪算法的系统，可以实现目标的实时监测和跟踪。
通过合理的设计原理和实践，光电追踪系统在许多领域有着广泛的应用。
然而，系统还面临一些挑战和限制，需要进一步研究和改进。
希望随着技术的发展和创新，光电追踪系统能够在更多的领域发挥其重要作用。
点光源跟踪系统（B题）方案设计报告摘要：本方案使用TI公司生产的MSP430F247为主控芯片，以TPS61062为核心设计了白光LED驱动电路，应用OPA2335作放大器制作了光源检测电路。
本系统利用以激光笔为中心水平和垂直方向上对称分布的四个光敏三极管为探测端接收光源信号，再利用自适应环境算法、电机分段调速等多种算法实现激光束对白光光源的实时跟踪。
本系统成功完成了基础部分和发挥部分的要求，最终定位误差可控制在1.5cm以内。
关键字: 减速步进电机控制LED电流控制自适应算法一、系统方案的选择1.系统测光部件的选择方案一：以四个光敏电阻为探测端分别对称分布于激光笔水平和垂直方向上，中心处即激光束发光点。
利用光敏电阻在不同光强下电阻值的变化与一个定值电阻串联来输出不同分压值进行判断，当光敏电阻正对光源时电压最大，偏离时电压值线性下降。
方案二：使用四个光敏三极管为测光部件采用方案一的布局方式和工作方式制作探测端，但因三极管有β倍的电流放大作用且光源偏离三极管正对方向时电压值下降的波形斜率更大，所以微小位移的幅值变化更明显。
考虑到二者光敏特性曲线的斜率和幅值变化范围等方面因素，故最终选择方案二。
2.光源跟踪系统转动的控制方案选择方案一：光源跟踪系统由双舵机构成“云台”式结构，机械结构简单、稳定，且舵机在两个方向上都可以做到180°自由的转动，转动速度通过PWM波的占空比控制，但舵机本身控制转角的精度可能使连续小角度定位时产生抖动。
方案二：水平方向利用带减速箱的步进电机控制，垂直方向上利用舵机控制转动。
由于减速箱的使用相当于使步进电机的步长角度变得非常小，使在2米外的光源附近的激光束移动时很平滑，可以做到精确步长控制的连续定位，但缺点是减速箱和电机的完全啮合有一定难度，需要较高的机械加工精度。
综上所述，方案一控制方法最为简易，但控制稳定性可能不足；方案二控制精确度高。
由于本次题目应优先考虑稳定性和准确性，故最终选择方案二。
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2010)11-0160-03基于M SP430的点光源跟踪系统的设计朱丽霞(常州轻工职业技术学院,常州213164)摘 要:系统是以T I公司的超低功耗M C U M SP430为核心,利用光敏二极管排列成矩阵对摄像头采集点光源在液晶屏所成的像进行采样,经过单片机运算后适时的调整和控制步进电机来实现工作台X/Y方向移动,以达到精确定位的目的。
经过实际的参数的测试和分析,验证了系统的可行性和有效性。
关键词:M SP430;跟踪;光敏检测;步进电机控制;摄像头Desi gn of tracki ng syste m for a poi nt source based on M SP430Z HU Li x ia(Changzhou Institu te of L igh t I ndu stry T echnology,Changzhou213164,Ch ina) Abstract:A point source fro m the ca m era LCD screen is captured using Pho tod i o des arranged i n a m atrix i n to the i m age of the sa m p le i n th is desi g n syste m tak i n g ultra l o w-po w er MCU M SP430.The stepper m otor is adjusted ti m e l y and controlled to achieve the tab le X/Y d irecti o n i n order to ach ieve the purpose of precise position i n g after the m icr ocontr o ller operati o n.A fter the act u al test and analysis of para m eters,the feasi b ility and effecti v eness of the syste m is verified.Key words:MSP430;track i n g;sensitive detecti o n;stepper mo tor con tro;l ca m era0 引言文中设计的系统是源自于2010年T I杯江苏省电子设计大赛,要求是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。
“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。
实用文档指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院计算机控制技术课程设计报告设计题目：光源随动系统单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间： 2013 年 6 月重庆邮电大学自动化学院制摘要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AT89C52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8路光敏电阻来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大后进行AD转换，将转换的结果传给控制器AT89C52单片机，经过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控制两台步进电机，使其跟随点光源运动。
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阳光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：AT89C52单片机、光源、自动跟踪、传感器目录摘要.................................... 错误！未定义书签。
目录.. (3)一设计题目 (4)1.1 基于单片机的光源自适应控制系统设计 (4)1.2 设计要求 (4)二设计报告正文 (5)2.1 设计方案总体方向的选择 (5)2.1.1 系统方案的拟定 (5)2.1.2 方案选择 (5)2.2 硬件电路的设计 (6)2.2.1 A/D转换模块 (6)2.2.2 步进电机模块 (9)2.2.3 电机驱动模块 (11)2.2.4 检测模块 (13)2.2.5 单片机模块 (14)2.3 系统软件设计 (18)三总体调试 (19)3.1 总体调试 (19)3.2 问题及解决方案 (19)3.2.1 通道比较阀值的设置 (19)3.2.2 电机的防抖 (19)四设计总结 (20)五参考文献 (21)六附录 (22)一、设计题目1.1基于单片机的光源自适应控制系统设计设计一控制系统，假设有一个太阳能电池板，为了使电池板最大限度的接受光照强度，通过控制器调节电池板的角度使电池板始终正对光线。
