电光源跟踪系统(编辑修改稿)

电光源跟踪系统(编辑修改稿)内容摘要：

1062。 调试发现，电流不能够满足要求，最终决定在此基础上添加大功率三级管放大，经测试可行。 综上，本系统最终以 LM3S811 作为控制器，用可见光照传感器做检测元件，通过控制直流减速电动机来使激光笔指向点光源。 M C UC o r t e x M 3直 流 减 速 电 机 的控 制水 平 方 向的 电 机垂 直 方 向的 电 机L E D 驱 动 显 示 模 块光 源 检 测 ， 传 感器 检 测 电 路电 流 管 理 检测 模 块光 源 图 1 系统方框图 三 ．理 论分析及计算 1．点光源特性分析 根据题目中的要求，可以将点光源的运动分为沿圆周移动和沿其他任意方向移动两种形式。 空间中的任何一点可以用惟一的参量来表示，根据运动轨迹的不同，选择不同的坐标参量，具体如下： 此类运动趋势的点光源设定为第一类点光源。 对于第一类光源，我们采用柱面坐标来处理。 由于运动圆周的半径和点光源的高度都以固定，因此确定点光源的位置或变化趋势可归结于求取单一变量：水平面的角度或其变化量。 此类运动趋势的点光源设定为第二类点光源。 对于第二 类光源，我们采用极坐标来处理。 因为点光源的指向问题与径长的值不相关，所以点光源位置的确定可通过求解仰角和水平面角度及其变化。 7 根据以上分析，可以将追踪点光源的位置问题转化为求解水平角度或仰角与水平角度的相关问题。 降低了任务的复杂性，目标明确。 2 根据第一、二类点光源的特性及光照亮度来追踪光源的原理，依据简易、精确控制与节约资源的原则，本设计采用四路照度检测通道。 其中，两路检测元件水平排布用于水平面定位，布局相对对称，另两路左右检测元件与激光笔平行，用于竖直定位。 点光源的移动可分解为水平移动和竖直移动。 水平布局的中心传感器应用于精确定位光 源的水平位置。 水平方向两边的传感器主要用来检测光源的水平位置或水平移动方向，以便及时通知控制器调整指示笔的水平指向。 考虑到能够快速的检测到光源的水平方向上的移动及移动的具体方向，设定最小识别光源距离为 10cm(此偏差的解决方法见光照分析）。 此时传感器的理想分布如下图所示： 173cm10cmΘ10cmΘ 水平方向两路传感器与中间的夹角 计算如下： )*2/(360*))173/(10a rc ta n(  r。 其中 r 为传感器距离圆心的距离 由实际可知 r 值相对比较小，近似计算)*2/(3 6 0*)1 7 3/10a rc ta n(   ，可得.33。 根据实际调试的情况，  选取5 左右。 竖直方向的布局分析与上述情况相同图 2 传感器布局分析图 此外，考虑到外界强光的影响，在传感器的前端加黑色圆筒处理。 实践证明，这样的处理能够有效地避免外界干扰，达到更良好的控制。 图 3 传感器电路 8 根据可见光照度传感器的物理结构特征：内置敏感元接收器。 适宜用光照度来分析， 照度指物体被照亮的程度，采 用单位面积所接受的光通量来表示。 一般的点光源 的特点是能以 4 立体角向周围空间发出相同发光强度的光辐射。 而本设计采用的点光源在此基础上增加了有聚光作用的灯罩，所以周围的光照强度分布并不均匀，变化趋势为中间向两边递减。 但在中间的一段可以近似相等，这也是精确指示光源的难点之一。 对光照相等的区域做如下分析： 假设面元 ds 受点光源 S 的光照，设点光源 S 至面元 ds 距离为 r，并且点光源发出的元光束的光轴与面元的法线 N 之间的夹角为  ，则面元上的照度 如下： 2cosE rIdsd  对相邻面元的光照分析与计算下： 易知，中间光照近似相等的区域很小，则 。 就水平方向而言，当且仅当 21 rr 时，两个传感器的光照亮度21 EE ,此时点光源位于两传感器中间位置。 因为竖直方向与水平方向的分布相同，当 43 EE 时，点光源位于竖直传感器中间。 设置激光笔的位置在竖直传感器的中间，当水平与竖直方向同时满足条件时，激光笔将准确定位在光源中心处。 图 3 光照度分析图 四．系统单元电路设计 检测电路：传感器检测光照后，输出的模拟量经过限幅、采样保持处理后接入AD 通道。 9 10kGNDVCC 5VON。