點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)

1、編編 號(hào)號(hào)本本科科生生畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（ 論論文文 ）題目：題目： 基于 MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源 跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 物聯(lián)網(wǎng)工程 學(xué)院 自動(dòng)化 專業(yè)學(xué) 號(hào) 0704110505 學(xué)生姓名 金威 指導(dǎo)教師 陳珺 副教授 II二一五年六月設(shè)計(jì)總說(shuō)明I設(shè)計(jì)總說(shuō)明設(shè)計(jì)總說(shuō)明在人類社會(huì)不斷發(fā)展的過程中，能源問題變得越來(lái)越重要。在現(xiàn)有的能利用的能源中，太陽(yáng)能無(wú)疑是資源最廣闊，而又綠色清潔無(wú)污染的能源。所以，我們要對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行更加充分的采集和利用。現(xiàn)在常見的太陽(yáng)能電池板都是固定的，沒有對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行充分的利用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，有跟蹤裝置的太陽(yáng)能采集器比沒有跟蹤裝置的采集器在同等情況下能多采集 35%的太陽(yáng)能。在提升太

2、陽(yáng)能利用率方面，利用光源跟蹤技術(shù)使得太陽(yáng)能采集器能自動(dòng)跟隨太陽(yáng)光的位置無(wú)疑是最簡(jiǎn)單有效的方式。本設(shè)計(jì)給出了一種基于單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在總體方案上，本設(shè)計(jì)以 TI 公司生產(chǎn)的超低功耗的 MSP430F149 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)主要由光源模塊，光源檢測(cè)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，按鍵模塊等部分組成。利用四路光線傳感器（光敏三極管），將檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和運(yùn)算，然后用分析結(jié)果輸出給驅(qū)動(dòng)電路以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使其隨光源運(yùn)動(dòng)。當(dāng)橫向的兩路光線傳感器檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)相接近，縱向的兩路光線傳感器檢測(cè)到的光強(qiáng)信

3、號(hào)也接近時(shí)，太陽(yáng)能電板隨光源轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)能電板中的激光筆指向光源，同時(shí)在顯示屏上顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)光源超出光敏傳感器能檢測(cè)的范圍時(shí)，能通過按鍵來(lái)手動(dòng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)追蹤光源。在硬件選型上，主控芯片選的是處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，超低功耗的 16 位單片機(jī)MSP430F149。光源 LED 燈的驅(qū)動(dòng)選擇的是低壓差、低靜態(tài)電流的的恒流驅(qū)動(dòng)TAC7316。光信號(hào)采集用的傳感器是對(duì)電流具有放大功能的光敏三極管 3DU33。驅(qū)動(dòng)裝置方面選用步進(jìn)電機(jī)，并選擇具有較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾能力的 L298N 模塊對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。顯示屏采用常見的含中文字庫(kù)的 LCD12864 顯示屏。在軟件設(shè)計(jì)上，大體思緒是：程序開始

4、運(yùn)行之后，首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化及參數(shù)設(shè)置，然后系統(tǒng)對(duì)四路 A/D 輸入進(jìn)行掃描，將收集到的數(shù)據(jù)寄放在單片機(jī) RAM 中，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若同向軸上的兩個(gè)數(shù)據(jù)不相同，則控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)直到數(shù)值相等。在硬件仿真上，protues7 中沒有本設(shè)計(jì)中選用的 MSP430F149 單片機(jī)。故選用了功能同樣強(qiáng)大的 89C51 單片機(jī)來(lái)進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿真，通過按鍵模擬接受到的傳感器信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，同樣達(dá)到了仿真的效果。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 光源追蹤；MSP430；步進(jìn)電機(jī)；光敏三極管AbstractIIAbstractIn the process of development of human soci

5、ety, energy issues become increasingly important. In the energy use of existing energy, solar energy is undoubtedly the most extensive resources, but clean pollution-free green energy. Therefore, we want to be more fully solar collection and use. It is now common solar panels are fixed, not able to

6、make full use of solar energy. The experiment, there is a solar collector tracking device than without tracking device under the same circumstances collector can collect more than 35% of the solar energy. In improving the utilization rate of solar energy, the use of a light source tracking technolog

7、y allows solar collector can automatically follow the suns position is undoubtedly the most simple and effective way.This design gives a microcontroller based on a point light source tracking system design. The design produced by TI ultra-low power MSP430F149 microcontroller as the core of the syste

8、m. System consists of a light source module, light detection module, motor drive module, part of the display module, button module. Use four light sensors (phototransistor), the light intensity of the detected signal into an electrical signal and by the A / D conversion is transmitted to the microco

9、ntroller. SCM data was subjected to analysis and calculation, and then analyze the results output to the drive circuit to drive the stepper motor rotation, making it with light exercise. When the two lateral light sensors detect the light intensity signal with close to two vertical light sensor dete

10、cts the light intensity signals when approaching. Solar panels with light rotation, solar panels in laser pointer to point light source, also shows the rotation state of the motor on the display. When the light-sensitive sensor can detect light outside the range of keys to manually adjust the motor

11、can rotate to track the source.In the hardware selection, the election is the main chip processing capability, fast speed, low-power 16-bit microcontroller MSP430F149. Select the light source is driven low dropout LED lights, constant low quiescent current of the drive TAC7316. Optical signal is col

12、lected by the sensor current has a zoom function phototransistor 3DU33. Respect the choice of the drive stepper motor and drive select L298N module has a strong anti-jamming capability and its ability to drive. Display with common font containing Chinese LCD12864 display.In the hardware emulation, p

13、rotues7 this design is not chosen MSP430F149 microcontroller. So use the same powerful features 89C51 microcontroller for motor driven simulation, received through the key analog sensor signals to control the motor reversing, also reached the simulation results.Keywords: Source tracking; MSP430; Ste

14、pper motor; Phototransistor目錄i i目目 錄錄第 1 章 緒論.11.1 課題意義.11.2 國(guó)內(nèi)外研究.11.3 課題目的.1第 2 章 方案的確定與器件的選型.32.1 總體方案.32.2 器件的選型.32.2.1 主控單片機(jī)的選型.32.2.2 LED 恒流驅(qū)動(dòng)器的選型 .42.2.3 光線傳感器的選型.52.2.4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型.52.2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的選型.62.2.6 顯示器的選型.6第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).73.1 硬件設(shè)計(jì)概述.73.2 硬件電路圖設(shè)計(jì).73.2.1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì).73.2.2 傳感器模塊設(shè)計(jì).83.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)

15、.83.2.4 顯示模塊的設(shè)計(jì).103.2.5 按鍵模塊的設(shè)計(jì).113.2.6 LED 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) .12第 4 章 軟件設(shè)計(jì).134.1 系統(tǒng)流程圖.134.2 部分典型程序介紹.134.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序 .14目錄ii4.2.2 算法程序.144.2.3 點(diǎn)光源跟蹤程序.154.3 硬件仿真.184.3.1 方案設(shè)計(jì).184.3.2 各模塊仿真.18第 5 章 結(jié)論與展望.235.1 結(jié)論.235.2 不足之處及未來(lái)展望.23參考文獻(xiàn).24致 謝.25附錄 A：PROTEL 總電路圖.26附錄 B：PROTUES 仿真程序.27基于 MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

16、1 1第第 1 章章 緒論緒論1.1 課題意義課題意義隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，地球上的能源已經(jīng)日進(jìn)枯竭，對(duì)更多新能源的開發(fā)和利用成為了現(xiàn)在人類需要解決的首要問題。太陽(yáng)能作為新能源中的代表，在能源枯竭的現(xiàn)在具有極其重要的地位。一方面，太陽(yáng)能的資源廣闊，分布廣泛，成本很低。但另一方面，太陽(yáng)能的密度過低，同時(shí)間歇性大，利用率不高。為了解決這一問題，就需要對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行跟蹤，即使得太陽(yáng)能設(shè)備的采光面與光源一直保持垂直來(lái)吸收更多的太陽(yáng)光，以使得太陽(yáng)能的利用率達(dá)到最高。在利用率方面，現(xiàn)在大部分太陽(yáng)能采集系統(tǒng)還是固定的，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，這種固定不變的太陽(yáng)能采集器要比對(duì)光源有跟蹤的太陽(yáng)能采集器對(duì)太陽(yáng)能的利用率少大約 3

17、5%。太陽(yáng)能對(duì)于地球來(lái)說(shuō)雖然算是平行光，但是對(duì)太陽(yáng)的追蹤往往是通過光電追蹤和視日追蹤共同完成。本設(shè)計(jì)中的點(diǎn)光源追蹤屬于光電追蹤，所以點(diǎn)光源追蹤在對(duì)太陽(yáng)能的充分利用上同樣有重要作用。1.2 國(guó)內(nèi)外研究國(guó)內(nèi)外研究太陽(yáng)能光源跟蹤系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀：總所周知，太陽(yáng)能作為一種可再生的清潔能源，開發(fā)潛力極大，資源廣闊，取之不盡用之不竭。如何對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行更好的利用對(duì)緩解能源危機(jī)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。在太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能取熱等領(lǐng)域都需要要對(duì)光源追蹤。目前，太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域面臨的主要難題是：如何提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽(yáng)能利用率以及降低發(fā)電系統(tǒng)的成本建造，同時(shí)利用相關(guān)的電力電子系統(tǒng)實(shí)施這些技術(shù)。要提高太陽(yáng)能的接受效率

18、和使用效率可以通過太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)；要用電力電子裝置去實(shí)施的話，可以在建造實(shí)物系統(tǒng)之前，通過軟硬件仿真來(lái)發(fā)現(xiàn)問題，以此避免由于設(shè)計(jì)不當(dāng)所帶來(lái)的浪費(fèi)，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)建造的成本。西方國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能的開發(fā)利用時(shí)間較早，已經(jīng)有了較大發(fā)展，我國(guó)雖然光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，但是近些年發(fā)展迅速。自上世紀(jì)末開始，國(guó)內(nèi)外就開始對(duì)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行研究，并取得了很多研究成果，從單軸跟蹤發(fā)展到雙軸跟蹤，從單一方式的跟蹤發(fā)展到混合式跟蹤，跟蹤效果不斷提高。 跟蹤系統(tǒng)也由最開始的傳統(tǒng)式跟蹤系統(tǒng)到后來(lái)發(fā)展到全自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。全自動(dòng)跟蹤方法分為三種（按控制方式），即光電跟蹤，視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤以及混合控制跟蹤1。光電跟蹤是通過光敏傳感

19、器對(duì)光源進(jìn)行檢測(cè)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以不受地理位置和時(shí)差的影響，使用靈活方便，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，同時(shí)成本較低，控制較精確。 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤是依據(jù)天文學(xué)公式，通過計(jì)算機(jī)去計(jì)算太陽(yáng)在一天中每時(shí)每刻的高度和和方位角的參數(shù)，并根據(jù)所得到的參數(shù)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置追隨來(lái)太陽(yáng)的位置?；旌峡刂凭褪前亚皟烧呓Y(jié)合起來(lái)對(duì)太陽(yáng)位置進(jìn)行追蹤。按跟蹤機(jī)構(gòu)分類可分為：?jiǎn)屋S跟蹤，雙軸跟蹤。隨著近些年來(lái)科學(xué)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的跟蹤手段也被研究出來(lái)，例如圖像定位跟蹤和旋轉(zhuǎn)電流跟蹤。光源跟蹤技術(shù)正朝著更精確，更高效，更智能的方向不斷發(fā)展2。1.3 課題目的課題目的本設(shè)計(jì)在太陽(yáng)能跟蹤技術(shù)的背景下，以步進(jìn)電機(jī)的雙軸跟蹤系統(tǒng)為基礎(chǔ)。

20、采用 TI 公司生產(chǎn)的超低功耗的 MSP430 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制裝置，硬件部分由電機(jī)驅(qū)江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2動(dòng)模塊、點(diǎn)光源檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊等組成。通過光線傳感器對(duì)光強(qiáng)信號(hào)的采集與傳輸，使 MSP430 單片機(jī)給定輸出信號(hào)來(lái)通過驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng) X，Y 軸的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能電池板使其總是正對(duì)點(diǎn)光源。該設(shè)計(jì)不僅使太陽(yáng)能電池板自動(dòng)追蹤光源的位置，而且在跟蹤過程中能顯示實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。主要的工作如下：（1）器件的選型及總體方案的確定；（2）硬件電路設(shè)計(jì)（包括各模塊功能、工作原理、電路圖等）；（3）軟件編程設(shè)計(jì)（根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行程序的編寫）?；?MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)

21、設(shè)計(jì)3 3第第 2 章章 方案的確定與器件的選型方案的確定與器件的選型2.1 總體方案總體方案本設(shè)計(jì)是一個(gè)點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)，主要是通過光線傳感器來(lái)對(duì)光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)到的信號(hào)輸給單片機(jī)控制器來(lái)進(jìn)行分析與處理，然后通過電機(jī)來(lái)控制太陽(yáng)能板的位置，同時(shí)通過顯示屏來(lái)顯示數(shù)據(jù)這幾個(gè)部分構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，通過四個(gè)光線傳感器對(duì)光源的光線強(qiáng)弱的變化的檢測(cè)，對(duì)光源的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)做出判斷。同時(shí)將光源的活動(dòng)軌跡分解為水平和豎直方向的二維運(yùn)動(dòng)，以此控制水平電機(jī)與豎直電機(jī)的扭轉(zhuǎn)角度。當(dāng)水平方向的兩個(gè)傳感器和豎直方向的兩個(gè)傳感器所測(cè)量的參數(shù)兩兩接近時(shí)，位于太陽(yáng)能電板中間的激光筆準(zhǔn)確地射向光源。如圖 2-

22、1 為設(shè)計(jì)示意圖：信號(hào)采集電路控制器驅(qū)動(dòng)電路橫軸電機(jī)縱軸電機(jī)太陽(yáng)能電池板光敏器件A光敏器件B光敏器件B光敏器件A圖 2-1 設(shè)計(jì)示意圖2.2 器件的選型器件的選型2.2.1 主控單片機(jī)的選型主控單片機(jī)的選型方案一：MSP430 單片機(jī)MSP430 單片機(jī)是一種低功耗的 16 位單片機(jī)，是由美國(guó) TI 公司在 1996 年推出的一款混合信號(hào)處理器。作為一款混合信號(hào)處理器，他能針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的需求，把很多具有多種功能的數(shù)字，模擬電路模塊以及微型處理器都集成在一起。以此來(lái)為單片機(jī)處理實(shí)際需求提供解決方案3。MSP430 單片機(jī)具有以下性能：1、處理能力強(qiáng)MSP430 系列單片機(jī)是一系列超低功耗的 16

23、 位的單片機(jī)，在其內(nèi)部采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）的結(jié)構(gòu)，尋址方式多種多樣，其中包括 7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)4尋址 4。27 條簡(jiǎn)單便捷的內(nèi)核指令，大量的模擬指令，高效的查表處理指令是該系列單片機(jī)的又一大特點(diǎn)。芯片內(nèi)的大部分存儲(chǔ)器和寄存器都可參加多種運(yùn)算。這些特點(diǎn)能夠在 MSP430 單片機(jī)中能夠編寫出高效率的源程序。2、運(yùn)算速度快在 25MHz 的晶體驅(qū)動(dòng)下，MSP430 單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)周期為 40ns 的指令。在 40ns 周期指令和 16 位數(shù)去寬度的共同作用下，同時(shí)配合以多種功能的硬件乘法器，可以非常容易得實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理中的某些算法，例如 FFT

24、等等5。3、超低功耗MSP430 單片機(jī)之所以具有超低功耗，歸功于 TI 公司在該單片機(jī)芯片電源電壓的降低和使得運(yùn)行時(shí)鐘更加靈活易控的方面做了很大改變。首先，比起很多其他單片機(jī)，MSP430 單片機(jī)的電源電壓只有很低的 1.83.6V。這種較低的電源電壓，使得芯片的電流大大降低，同時(shí)使單片機(jī)在 RAM 保持狀態(tài)下的最低電流低至 0.1A。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列單片機(jī)中并非只有一個(gè)始終系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)時(shí)鐘系統(tǒng)和 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。在其內(nèi)部有 2 個(gè)晶體振蕩器：DT-26，DT-38。在使用時(shí)可以只用其中一個(gè)，也可以兩個(gè)同時(shí)使用。系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CP

25、U 和各執(zhí)行功能所需的時(shí)鐘，在指令的控制下，這些時(shí)鐘打開或者關(guān)閉，以此可以對(duì)總體的功耗起到較好的控制6。4、中斷源較多MSP430 具有很多可以任意嵌套的中斷源，使用方便靈活。響應(yīng)速度快（當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在省電的低功耗狀況時(shí)，中斷喚醒時(shí)間僅僅只要 5s）。5、方便高效的開發(fā)環(huán)境MSP430FLASH 型具有十分簡(jiǎn)介方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，在芯片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，和可電擦寫的 FLASH 存儲(chǔ)器。因此進(jìn)行開發(fā)的方法是：先把程序下載到 FLASH 存儲(chǔ)器里，再通過軟件控制芯片內(nèi)程序的運(yùn)行，設(shè)計(jì)者通過調(diào)試 JTAG 接口來(lái)讀取片內(nèi)信息來(lái)進(jìn)行開發(fā)。這種開發(fā)方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器

26、，而省卻了仿真器和編程器。開發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。 方案二：AT89C51 系列單片機(jī)89C51 系列單片機(jī)為 8 位單片機(jī)，在對(duì)輸入信號(hào)處理分析的速度上不如 MSP430 單片機(jī)，而且 MSP430 單片機(jī)其內(nèi)置的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊可以使外部電路得到大大簡(jiǎn)化。故選用方案一，即主控單片機(jī)選用 MSP430F149。2.2.2 LED 恒流驅(qū)動(dòng)器的選型恒流驅(qū)動(dòng)器的選型本設(shè)計(jì)中由一個(gè) 1W 的 LED 燈來(lái)作為點(diǎn)光源，為了調(diào)整光照強(qiáng)度，需要選擇驅(qū)動(dòng)器使得 LED 的電流可以在 150350mA 的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。方案一：PT4105 高精度恒流源PT4105 的輸入電壓為 2.518V，其內(nèi)置

27、的功率 MOS 管可使輸出電流最大可達(dá) 1A，可以在很大的電壓輸入范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)一個(gè) 1W/350mA 或 3W/700mA 的 LED 燈，以及其他各類 LED 串并聯(lián)組合。PT4105 內(nèi)部還含有過熱保護(hù)和限流保護(hù)等功能，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單?；?MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 5方案二：TAC7316TAC7316 是一種低壓差、低靜態(tài)電流的的恒流驅(qū)動(dòng)。輸入電壓為 2.76V?？墒馆敵鲭娏髟?50mA400mA 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。TAC7316 內(nèi)部含有軟啟動(dòng)，過熱保護(hù)以及低壓保護(hù)。而且最少僅需要一個(gè)外接電阻就能使其成為一個(gè)完整的 LED 恒流驅(qū)動(dòng)電路。方案二的電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，故選用 T

28、AC7316。2.2.3 光線傳感器的選型光線傳感器的選型本設(shè)計(jì)中需要選取光電傳感器來(lái)對(duì)點(diǎn)光源光照強(qiáng)度檢測(cè)，以確定光源位置。此光電傳感器應(yīng)具備靈敏度，精確度高，受外界環(huán)境影響較小等特點(diǎn)。現(xiàn)有以下幾種方案：方案一：光敏電阻光敏電阻內(nèi)部的光電效應(yīng)和電極無(wú)關(guān)，所以可以使用直流電源。當(dāng)入射光照強(qiáng)度不斷變大時(shí)，電阻不斷減小，入射光照強(qiáng)度不斷減小時(shí)，電阻變大。同時(shí)光敏電阻是由環(huán)氧樹脂膠封裝，具有較好的可靠性。一般的關(guān)敏電阻體積較小，對(duì)光照靈敏度高，反應(yīng)速度較快，光譜特性好。但是光敏電阻的檢測(cè)距離有限，響應(yīng)速度不快（mss），延遲時(shí)間受光照強(qiáng)度影響，而且容易受溫度影響。方案二：光敏二極管又叫光電二極管（ph

29、otodiode），管芯常為一個(gè)具有光敏特性的 PN 結(jié)，主要是利用光敏 PN 結(jié)受光照后產(chǎn)生光電流。在光強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)，光敏二極管的光學(xué)特性也會(huì)隨之改變，其對(duì)光強(qiáng)的變化非常敏感。與普通半導(dǎo)體二極管相比，關(guān)敏二極管有相似的部分，但是因?yàn)槠涫褂玫氖蔷哂泄饷籼匦缘?PN 結(jié)，有單向?qū)щ娦裕栽诠ぷ鲿r(shí)需加上反向電壓。在感受不到光照時(shí)，管芯中會(huì)產(chǎn)生有很小的飽和反向漏電流，使得光敏二極管截止。當(dāng)感受到光照時(shí)，飽和的反向漏電流會(huì)迅速加大，從而形成光電流，光電流的大小隨光強(qiáng)度的變化而變化。 光敏二極管雖然靈敏度高，響應(yīng)速度快，但是輸出電流小，不易捕捉。方案三：光敏三極管與普通三極管相比，光敏三極管同樣具有電

30、流放大作用。不同的是，它的集電極電流受的不僅僅是電流及基級(jí)電路的控制，入射光也對(duì)其有較大影響。具有光敏特性的 PN結(jié)感受到入射光的照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光電流并由基極流入發(fā)射級(jí)，這相當(dāng)于一個(gè)放大了 N倍的電流在集電極回路中出現(xiàn)了。光敏三極管有很多種類，也就有不同的光敏特性，與光敏二極管相比，光敏三極管對(duì)產(chǎn)生的光電流進(jìn)行放大，更易捕捉。綜上所述，光敏三極管滿足本設(shè)計(jì)所需，故選用 3DU 系列光敏三極管。2.2.4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型方案一：直流電機(jī)在直流電機(jī)中，電動(dòng)機(jī)定子提供電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)需要的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子所需的電流直接由直流電源提供，同時(shí)加入換向器可以使使定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩方向保持不變。

31、它不僅調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬，而且可以均勻地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。但是換向困難，容易產(chǎn)生火花，壽命短，而且其轉(zhuǎn)動(dòng)角度不能精確控制。方案二：步進(jìn)電機(jī)江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)6步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻腔蚓€位移的參數(shù)的開環(huán)控制原件7。在非超載的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和角度，啟停的位置只由脈沖信號(hào)的數(shù)量和頻率決定。而不會(huì)隨負(fù)載的變化而變化。每給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器一個(gè)設(shè)定好的脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的目標(biāo)方向扭動(dòng)一個(gè)固定的角度。方案三：伺服電機(jī)伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相似但不同，其不是通過脈沖的數(shù)量和頻率而是通過脈沖的長(zhǎng)短來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度的。 其具有較強(qiáng)的過載能力，同時(shí)控制性能也更為可靠，但是價(jià)格較高。雖然

32、伺服電機(jī)綜合性能比步進(jìn)電機(jī)要好，但伺服電機(jī)成本比步進(jìn)電機(jī)高，控制比步進(jìn)電機(jī)更復(fù)雜8。本設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)即能滿足要求，故選用步進(jìn)電機(jī)。2.2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的選型電機(jī)驅(qū)動(dòng)的選型步進(jìn)電機(jī)與直流電機(jī)不同，不能直接連到直流或交流電源上直接轉(zhuǎn)動(dòng)，而要通過專門的驅(qū)動(dòng)電源（步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過單片機(jī)輸出不同的脈沖數(shù)量來(lái)控制角位移量，以此控制步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度是由脈沖頻率決定的，通過單片機(jī)輸出不同頻率的脈沖信號(hào)可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。方案一：采用功率三極管若用功率三極管作為功率放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)原理較簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力也強(qiáng)，但是電路比較復(fù)雜。方案二：采用

33、二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 TA8435H若用 TA8435H 芯片，外部電路的布線確實(shí)較簡(jiǎn)單，但是使其缺乏靈活性，不方便解決步進(jìn)電機(jī)控制時(shí)序的問題，在某種程度上限制了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和使用。 方案三：采用恒壓橋式驅(qū)動(dòng)芯片 L298NL298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品，其內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，即包含二個(gè) H 橋的高電壓高電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、2A 以下的電機(jī)，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾能力，同時(shí)電路較簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，使用方便?？刂菩盘?hào)與內(nèi)部線路實(shí)現(xiàn)光電隔離，并具有精度高，可靠性好，電機(jī)噪音低等特點(diǎn)。2.2.6 顯示器的選型顯示器的選型本設(shè)計(jì)

34、的顯示模塊需要顯示光線傳感器所檢測(cè)到的信號(hào)。方案一：采用 LED 七段數(shù)碼管數(shù)碼管通過對(duì)不同管腳輸入電流來(lái)顯示不同的數(shù)字，字母。雖然在本設(shè)計(jì)中滿足顯示的要求，但數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路過于復(fù)雜，顯示范圍較小，且數(shù)碼管顯示效果受外界溫度影響較大，故不采用。方案二：采用 LCD 顯示屏常見的顯示器為 LCD12864，這種液晶顯示模塊具有 4 位或 8 位并行、2 線或 3 線串行等多種接口方式。在其內(nèi)部?jī)?nèi)置了國(guó)標(biāo)一、二級(jí)簡(jiǎn)體，中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形。其顯示分辨率為 12864， 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 的漢字以及 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集。該模塊接口方式靈活簡(jiǎn)單，操作指令方便簡(jiǎn)潔，

35、通過編程可以較好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面的設(shè)置?；?MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)7 7不僅可以完成漢字字符的顯示.，也可完成圖形顯示。同時(shí)，LCD12864 的低電壓低功耗這個(gè)性能也保證了其在工作時(shí)的正常穩(wěn)定的運(yùn)行。 此顯示屏滿足本設(shè)計(jì)要求。故選用LCD12864。江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)8第第 3 章章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)概述硬件設(shè)計(jì)概述本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的源跟蹤系統(tǒng)，它大致如下的方式：通過光傳感器接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)源，并通過放大電路輸入到單片機(jī)，單片機(jī)將輸出信號(hào)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的主要硬件模塊有：電源模塊，單片機(jī)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，傳

36、感器模塊，顯示模塊等。硬件框圖如圖 3-1 所示：光 源檢 測(cè)信 號(hào)放 大顯示模塊電源模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路縱軸電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路橫軸點(diǎn)機(jī)單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換圖 3-1 設(shè)計(jì)硬件框圖3.2 硬件電路圖設(shè)計(jì)硬件電路圖設(shè)計(jì)3.2.1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中要用到 L298N 驅(qū)動(dòng)電路，需要 12V 電壓；顯示屏 LCD12864 需要 5V 電壓；單片機(jī) MSP430 需要 3V 的電源電壓。故設(shè)計(jì)一個(gè)電源轉(zhuǎn)換電路，以此來(lái)給各器件供給所需電壓。電源由 220V 轉(zhuǎn)換，分別經(jīng)過降壓，整流，穩(wěn)壓 3 部分，最終得到所需電壓。電路設(shè)計(jì)圖如圖 3-2 所示：基于 MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)

37、設(shè)計(jì)9 9圖 3-2 電源轉(zhuǎn)換電路圖3.2.2 傳感器模塊設(shè)計(jì)傳感器模塊設(shè)計(jì)光敏三極管 3DU33 在常規(guī)光照下的輸出電流為微安級(jí)，要把它作為輸入信號(hào)輸入給單片機(jī)則需要將信號(hào)通過運(yùn)算放大器放大。設(shè)計(jì)電路如圖 3-3 所示：圖 3-3 光源檢測(cè)電路圖3.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)一、本系統(tǒng)中選用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為 L298N。L298 是一類恒壓恒流的橋式 2A 驅(qū)動(dòng)芯片，其中 L298N 是常見的 15 引腳驅(qū)動(dòng)芯片。在其內(nèi)部有 4 個(gè)通道的邏輯驅(qū)動(dòng)電路。L298N 可以同時(shí)驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)兩相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)。L298N 的輸出電壓可以直接通過電源來(lái)調(diào)節(jié)，最高可達(dá) 4

38、6V。其所需的信號(hào)可以直接由單片機(jī)的 I/O 口來(lái)提供。而且 L298N 的電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，使用起來(lái)也較方便。L298N 需要接受標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)VSS，VSS 需要接入的電源電壓范圍在 4.5V7V。L298N 的 1 和 15 腳的發(fā)射極需要單獨(dú)引出，這樣方便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)，方便控制負(fù)載電路。L298N 的4 腳 VS 接電源，電壓范圍在 2.5V46V。輸出的電流可以達(dá)到 2.5A。L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10動(dòng)機(jī)，OUT1，2 和 OUT3，4 之間可分別接電機(jī)，Enable 是用來(lái)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。L298N 引腳圖如圖 3-4 所示：圖 3-

39、4 L298N 引腳圖二、步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)方式（兩相四拍工作方式）二相四拍電機(jī)的步距角為 1.8 度，控制換相順序?yàn)?ABAbabAAB，其中 A 和 a代表 A 相繞組正負(fù)兩端功率橋信號(hào)，其中 B 和 b 代表 B 相繞組正負(fù)兩端功率橋信號(hào)。在這種工作方式下轉(zhuǎn)動(dòng)，首先使 A 相通電，轉(zhuǎn)子齒與 A 相定子齒對(duì)齊。然后保持 A 相繼續(xù)通電，同時(shí)接通 B 相，將 AB 各自建立的磁場(chǎng)合成。繞組一直以 ABAbabAbAB 的時(shí)序轉(zhuǎn)換 4 次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周。且其步距角為 1.8 度。若是按正序方式通電的話，電機(jī)正轉(zhuǎn)。若反序通電，則電機(jī)回轉(zhuǎn)10。三、控制原理由于給每步進(jìn)電機(jī)一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)

40、角度。也就是說(shuō)兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)的越快。讓單片機(jī)先輸出一個(gè)高電平，延時(shí)一段時(shí)間后，再輸出一個(gè)低電平，然后再延時(shí)，通過改變延時(shí)時(shí)間，就可以改變脈沖的周期，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，脈沖的周期決定于步進(jìn)電機(jī)的工作頻率11。表 3-1 電機(jī)控制說(shuō)明PWM 調(diào)速電機(jī)序號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4調(diào)速端 A調(diào)速端 B順時(shí)針10/1/逆時(shí)針01/1/M1停止00/1/順時(shí)針/10/1逆時(shí)針/01/1M2停止00/1基于 MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)1111電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如 3-5 圖所示：圖 3-5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路該驅(qū)動(dòng)電路使得控制信號(hào)與內(nèi)部電路實(shí)

41、現(xiàn)了光電隔離，并具有高精度、高可靠性、低噪音等特點(diǎn)。3.2.4 顯示模塊的設(shè)計(jì)顯示模塊的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的顯示模塊是用來(lái)顯示光敏三極管接收到的光照信號(hào)。選用的顯示屏為L(zhǎng)CD12864。其模塊接口說(shuō)明如下：表 3-2 LCD12864 接口說(shuō)明管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能1VSS0V電源地2VCC+3.0+5.0V電源正3V0-對(duì)比度調(diào)整4RS(CS)H/LRS=“H”，表示 DB0DB7 為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”，表示 DB7DB0 為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”，E=“H”，數(shù)據(jù)被讀到 DB0DB7，R/W=“L”，E=“HL”， DB0DB7 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR6E

42、(SCLK)H/L使能信號(hào)7DB0H/L數(shù)據(jù)信號(hào)8DB1H/L數(shù)據(jù)信號(hào)9DB2H/L數(shù)據(jù)信號(hào)10DB3H/L數(shù)據(jù)信號(hào)11DB4H/L數(shù)據(jù)信號(hào)12DB5H/L數(shù)據(jù)信號(hào)13DB6H/L數(shù)據(jù)信號(hào)14DB7H/L數(shù)據(jù)信號(hào)15PSBH/LH：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1216NC-空17RESETH/L復(fù)位端，低電平有效18VOUT-LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端20KVSS背光源負(fù)端顯示模塊的電路圖如圖 3-6 所示：圖 3-6 顯示模塊電路3.2.5 按鍵模塊的設(shè)計(jì)按鍵模塊的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中鍵盤的作用是手動(dòng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槿绻c(diǎn)光源所在位置超出了光敏三

43、極管能檢測(cè)的范圍，那就無(wú)法接受到光強(qiáng)信號(hào)，所以需要手動(dòng)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)使其尋找到點(diǎn)光源。鍵盤的作用就是手動(dòng)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電路圖如下圖 3-7 所示：圖 3-7 按鍵電路圖基于 MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)13133.2.6 LED 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中由一個(gè) 1W 的 LED 燈來(lái)作為點(diǎn)光源，為了調(diào)整光照強(qiáng)度，需要選擇驅(qū)動(dòng)器使得 LED 的電流可以在 150350mA 的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。如圖 3-8 為 LED 驅(qū)動(dòng)電路圖：圖 3-8 LED 驅(qū)動(dòng)電路江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14第第 4 章章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖圖 4-1 所示為系統(tǒng)程序流程圖。

44、程序開始運(yùn)行之后，首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化及參數(shù)設(shè)置，然后系統(tǒng)對(duì)四通道 A/D 輸入進(jìn)行掃描，將采集到的數(shù)據(jù)寄存在單片機(jī) RAM 中12。再然后，如果太陽(yáng)能電板上橫向的兩個(gè)光敏三極管采集出的采樣數(shù)據(jù)不相等，說(shuō)明這兩邊與點(diǎn)光源的入射方向不垂直，那么就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使太陽(yáng)能電板沿著橫軸方向，朝向光線較強(qiáng)的一邊旋轉(zhuǎn)；如果太陽(yáng)能電板上縱向的兩個(gè)光敏三極管采集出的采樣數(shù)據(jù)不相等，那么就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使太陽(yáng)能電板沿著縱軸方向，朝向光線較強(qiáng)的一邊旋轉(zhuǎn)。直到太陽(yáng)能電板的四條邊都與點(diǎn)光源入射方向垂直。啟動(dòng)初始化手動(dòng)校準(zhǔn)橫軸采樣值相等調(diào)整橫軸步進(jìn)電機(jī)四路A/D掃描縱軸采樣值相等調(diào)整縱軸步進(jìn)電機(jī)結(jié)束NYNY圖 4-1 系統(tǒng)程

45、序流程圖4.2 部分典型程序介紹部分典型程序介紹本文軟件部分程序較多，在此不一一贅述，只選取部分核心程序進(jìn)行簡(jiǎn)介?；?MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)15154.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序轉(zhuǎn)換模塊程序A/D 模塊的使用:本設(shè)計(jì)中控制芯片使用的是 MSP430F149 單片機(jī)，其自帶 8 路 12 位 A/D 模塊，程序中使用的是其中的 A0A3，分別對(duì)四通道光敏三極管的輸出電壓進(jìn)行采集13。其內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換基本設(shè)置程序如下所示：ADC12CTL0 = ADC12ON+SHT0_8+MSC; / 打開內(nèi)部 ADC，同時(shí)設(shè)置采樣時(shí)間ADC12CTL1 = SHP+CONSEQ_3;

46、 / 打開采樣定時(shí)器ADC12MCTL0 = INCH_0;ADC12MCTL1 = INCH_1;ADC12MCTL2 = INCH_2;ADC12MCTL3 = INCH_3+EOS; / 采集四路輸出電壓ADC12IE = 0 x08; /使能 ADC 中斷ADC12CTL0 |= ENC;ADC12CTL0 |= ADC12SC; /開始轉(zhuǎn)換本設(shè)計(jì)中利用 MSP430 單片機(jī)自帶的 A/D 模塊，使得硬件電路得到了很大的簡(jiǎn)化14。4.2.2 算法程序算法程序在光源跟蹤系統(tǒng)中，光源的位置發(fā)生變化時(shí)，以橫軸方向上的光敏三極管檢測(cè)到的光強(qiáng)為例（縱軸同理），可能出現(xiàn)以下三種情況：1.若左邊光敏

47、三極管檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)遠(yuǎn)大于右邊，則步進(jìn)電機(jī)應(yīng)順時(shí)針正轉(zhuǎn)。2.若右邊光敏三極管檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)遠(yuǎn)大于左邊，則步進(jìn)電機(jī)應(yīng)逆時(shí)針反移。3.若左右兩邊光敏三極管檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)相等時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。4.當(dāng)左右右值光敏三極管檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)比較接近時(shí)，則要進(jìn)行趨勢(shì)判斷。趨勢(shì)判斷的具體轉(zhuǎn)動(dòng)依據(jù)如下：1.如果左邊的信號(hào)增加，右邊的信號(hào)減小，說(shuō)明太陽(yáng)能電板向左偏離了光源，那么就驅(qū)動(dòng)電機(jī)使電板順時(shí)針右轉(zhuǎn)。 2.如果左邊的信號(hào)減小，右邊的信號(hào)增加，說(shuō)明太陽(yáng)能電板向右偏離了光源，那么就驅(qū)動(dòng)電機(jī)使電板逆時(shí)針左轉(zhuǎn)。3.如果左右兩邊檢測(cè)到的信號(hào)同時(shí)減小，那么就說(shuō)明背光了，應(yīng)使當(dāng)前電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向取反轉(zhuǎn)動(dòng)。在單片機(jī)的內(nèi)

48、存單元中開辟一組緩存用來(lái)存放 A/D 模塊的采樣數(shù)據(jù)，定義 AD_LEN為緩存長(zhǎng)度，同時(shí)在頭文件中對(duì)其進(jìn)行賦值。定義 ad_upAD_LEN、ad_downAD_LEN、ad_leftAD_LEN、ad_rightAD_LEN分別為上下左右光敏三極管的 AD 采樣數(shù)據(jù)儲(chǔ)存緩存數(shù)組。其中 ad_up0、ad_down0、ad_left0、ad_right0為最新的 AD 值 ，ad_upAD_LEN-1、ad_downAD_LEN-1、ad_leftAD_LEN-1、ad_right AD_LEN-1為上一次采集到的 AD 值15，每次 AD采樣都會(huì)將前一次的緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，程序如下：if（a

49、d_left0 ad_right0）/電機(jī)右移江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)16else if（ad_righ0ad_left0）/電機(jī)左移else /趨勢(shì)判斷if（ad_left0ad_leftAD_LEN-1）&（ad_right0ad_rightAD_LEN-1）/電機(jī)正轉(zhuǎn)else if（ad_left0ad_leftAD_LEN-1）&（ad_righ0ad_rightAD_LEN-1）/電機(jī)朝相反方向轉(zhuǎn)else if（ad_left0ad_rightAD_LEN-1）/電機(jī)反轉(zhuǎn)else if（ad_left0=ad_leftAD_LEN-1）&（ad_righ0=ad_rightAD_LEN

50、-1）/電機(jī)停止4.2.3 點(diǎn)光源跟蹤程序點(diǎn)光源跟蹤程序本設(shè)計(jì)中在進(jìn)行完 A/D 采樣后，需要利用定時(shí)器產(chǎn)生四路不同相的脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)以調(diào)整位置直至橫軸與縱軸兩向光強(qiáng)信號(hào)分別相等16。程序如下：void init_timer() TACTL|=TASSEL1+TACLR+ID0+ID1; /選擇 SMCLK 作為時(shí)鐘，清零，8 分頻 TACTL|=MC0+TAIE; /增加模式，使能中斷 TACCR0=4999; /中斷周期為 5ms#pragma vector=ADC_VECTOR_interrupt void ADC12ISR(void) result0=ADC12MEM0; /讀取轉(zhuǎn)換

51、值 result1=ADC12MEM1; result2=ADC12MEM2; result3=ADC12MEM3;#pragma vector=TIMERA1_VECTOR /開中斷_interrupt void Timer_A(void) switch(TAIV) case 2:break;基于 MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)1717 case 4:break; case 10:i+;break; flag=1;void main(void) P5DIR=0XFF; P2DIR=0XFF; init_clk(); init_adc(); init_timer(); _EINT()

52、; ADC12CTL0|=ADC12SC; while(1) if(flag=1) /在定時(shí)器中斷中 flag 置位 flag=0; if(result1result0) flag1=1; else if(result0result1) flag1=0; else flag1=2 if(result3result2) flag2=0; else if(result2result3) flag2=1; else flag2=2; if(flag1=1) switch(i) /采用狀態(tài)保持的方式產(chǎn)生波 case 1:P5OUT=BIT0;break; case 2:P5OUT=BIT0+BIT1;

53、break; case 3:P5OUT=BIT1;break; case 4:P5OUT=BIT1+BIT2;break;江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)18 case 5:P5OUT=BIT2;break; case 6:P5OUT=BIT2+BIT3;break; case 7:P5OUT=BIT3;break; case 8:P5OUT=BIT0+BIT3;i=0;break; else if(flag1=0) switch(i) case 1:P5OUT=BIT3;break; case 2:P5OUT=BIT2+BIT3;break; case 3:P5OUT=BIT2;break; case

54、 4:P5OUT=BIT1+BIT2;break; case 5:P5OUT=BIT1;break; case 6:P5OUT=BIT0+BIT1;break; case 7:P5OUT=BIT0;break; case 8:P5OUT=BIT0+BIT3;i=0;break; else P5OUT=0X00 if(flag2=1) switch(i) case 1:P2OUT=BIT0;break; case 2:P2OUT=BIT0+BIT1;break; case 3:P2OUT=BIT1;break; case 4:P2OUT=BIT1+BIT2;break; case 5:P2OUT

55、=BIT2;break; case 6:P2OUT=BIT2+BIT3;break; case 7:P2OUT=BIT3;break; case 8:P2OUT=BIT0+BIT3;i=0;break; else if(flag2=0) switch(i) 基于 MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)1919 case 1:P2OUT=BIT3;break; case 2:P2OUT=BIT2+BIT3;break; case 3:P2OUT=BIT2;break; case 4:P2OUT=BIT1+BIT2;break; case 5:P2OUT=BIT1;break; case 6:P

56、2OUT=BIT0+BIT1;break; case 7:P2OUT=BIT0;break; case 8:P2OUT=BIT0+BIT3;i=0;break; else P2OUT=0X00; 4.3 硬件仿真硬件仿真4.3.1 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是通過 protues 7 的單片機(jī)仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制功能。通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)，包括步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用，同時(shí)根據(jù)原理和硬件的設(shè)計(jì)利用 c 語(yǔ)言編寫程序，經(jīng)過反復(fù)運(yùn)行和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。由于在 protues7 中沒有MSP430F149 芯片，故在仿真時(shí)選用的是常見的單片機(jī) AT89C51 作為中心控制器來(lái)仿真步進(jìn)

57、電機(jī)的控制。流程圖如圖 4-2： 按鍵控制單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)LCD顯示圖 4-2 硬件仿真流程圖該仿真利用按鍵輸入模擬傳感器信號(hào)，輸入給單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。讓步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，停止，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)等功能。同時(shí)在 LCD12864 顯示屏上顯示電機(jī)目前轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。LCD 中的文字選取用的是 LCD12864 的取字模軟件，軟件的編譯是在 keil4 C51中完成。4.3.2 各模塊仿真各模塊仿真1.步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)201B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U3ULN2003A+88.8STEPPER-MOTOR圖

58、 4-3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊仿真電路圖2.按鍵控制VCCR210kR310kR410kR510k圖 4-4 按鍵電路仿真圖3.LCD 顯示基于 MSP430 單片機(jī)的點(diǎn)光源跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)2121CS11CS22GND3VCC4V05DI6R/W7E8DB09DB110DB211DB312DB413DB514DB615DB716RST17-Vout18LCD1LGM12641BS1RRESPACK-849%RV21k圖 4-5 LCD 顯示屏仿真圖4.仿真總電路圖仿真環(huán)境：Protues7.8sp3開發(fā)環(huán)境：keil4 C51仿真圖中從左邊開始按鍵依次是：開始，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止。操作流程：1.按下開始，

59、按下方向，之后電機(jī)才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，主要是為了讓用戶確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向，防止誤操作。2.按下停止，電機(jī)立刻停止。3.每次操作在液晶屏上都有顯示。圖 4-6 為仿真電路接線圖。江南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)22圖 4-6 仿真電路接線圖圖 4-7 為電機(jī)正轉(zhuǎn)仿真：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2

60、/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C11nFC21nFX1CRYSTALGNDC31uFVCCR110kCS11CS22GND3VCC4V05DI6R/W7E8DB09DB110DB211DB312DB413DB514DB615DB716RST17-Vout18LCD1LGM12641BS1R234567891RP1RESPACK-849%RV21k