電光源跟蹤系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-06-25 21:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 1062。調(diào)試發(fā)現(xiàn)，電流不能夠滿足要求，最終決定在此基礎(chǔ)上添加大功率三級管放大，經(jīng)測試可行。 綜上，本系統(tǒng)最終以 LM3S811 作為控制器，用可見光照傳感器做檢測元件，通過控制直流減速電動機來使激光筆指向點光源。 M C UC o r t e x M 3直 流 減 速 電 機 的控 制水 平 方 向的 電 機垂 直 方 向的 電 機L E D 驅(qū) 動 顯 示 模 塊光 源 檢 測 ， 傳 感器 檢 測 電 路電 流 管 理 檢測 模 塊光 源 圖 1 系統(tǒng)方框圖 三 ．理 論分析及計算 1．點光源特性分析 根據(jù)題目中的要求，可以將點光源的運動分為沿圓周移動和沿其他任意方向移動兩種形式?？臻g中的任何一點可以用惟一的參量來表示，根據(jù)運動軌跡的不同，選擇不同的坐標參量，具體如下： 此類運動趨勢的點光源設(shè)定為第一類點光源。對于第一類光源，我們采用柱面坐標來處理。由于運動圓周的半徑和點光源的高度都以固定，因此確定點光源的位置或變化趨勢可歸結(jié)于求取單一變量：水平面的角度或其變化量。 此類運動趨勢的點光源設(shè)定為第二類點光源。對于第二 類光源，我們采用極坐標來處理。因為點光源的指向問題與徑長的值不相關(guān)，所以點光源位置的確定可通過求解仰角和水平面角度及其變化。 7 根據(jù)以上分析，可以將追蹤點光源的位置問題轉(zhuǎn)化為求解水平角度或仰角與水平角度的相關(guān)問題。降低了任務(wù)的復(fù)雜性，目標明確。 2 根據(jù)第一、二類點光源的特性及光照亮度來追蹤光源的原理，依據(jù)簡易、精確控制與節(jié)約資源的原則，本設(shè)計采用四路照度檢測通道。其中，兩路檢測元件水平排布用于水平面定位，布局相對對稱，另兩路左右檢測元件與激光筆平行，用于豎直定位。 點光源的移動可分解為水平移動和豎直移動。 水平布局的中心傳感器應(yīng)用于精確定位光 源的水平位置。水平方向兩邊的傳感器主要用來檢測光源的水平位置或水平移動方向，以便及時通知控制器調(diào)整指示筆的水平指向?？紤]到能夠快速的檢測到光源的水平方向上的移動及移動的具體方向，設(shè)定最小識別光源距離為 10cm(此偏差的解決方法見光照分析）。此時傳感器的理想分布如下圖所示： 173cm10cmΘ10cmΘ 水平方向兩路傳感器與中間的夾角 計算如下： )*2/(360*))173/(10a rc ta n( ?? r?? 。 其中 r 為傳感器距離圓心的距離 由實際可知 r 值相對比較小，近似計算)*2/(3 6 0*)1 7 3/10a rc ta n( ?? ? ，可得??.33? 。根據(jù)實際調(diào)試的情況， ? 選取?5 左右。 豎直方向的布局分析與上述情況相同圖 2 傳感器布局分析圖 此外，考慮到外界強光的影響，在傳感器的前端加黑色圓筒處理。實踐證明，這樣的處理能夠有效地避免外界干擾，達到更良好的控制。 圖 3 傳感器電路 8 根據(jù)可見光照度傳感器的物理結(jié)構(gòu)特征：內(nèi)置敏感元接收器。適宜用光照度來分析， 照度指物體被照亮的程度，采 用單位面積所接受的光通量來表示。 一般的點光源 的特點是能以 4 立體角向周圍空間發(fā)出相同發(fā)光強度的光輻射。 而本設(shè)計采用的點光源在此基礎(chǔ)上增加了有聚光作用的燈罩，所以周圍的光照強度分布并不均勻，變化趨勢為中間向兩邊遞減。但在中間的一段可以近似相等，這也是精確指示光源的難點之一。對光照相等的區(qū)域做如下分析： 假設(shè)面元 ds 受點光源 S 的光照，設(shè)點光源 S 至面元 ds 距離為 r，并且點光源發(fā)出的元光束的光軸與面元的法線 N 之間的夾角為 ? ，則面元上的照度 如下： 2cosE rIdsd ?? ??對相鄰面元的光照分析與計算下： 易知，中間光照近似相等的區(qū)域很小，則 ??? 。就水平方向而言，當且僅當 21 rr? 時，兩個傳感器的光照亮度21 EE? ,此時點光源位于兩傳感器中間位置 。因為豎直方向與水平方向的分布相同，當 43 EE? 時，點光源位于豎直傳感器中間。設(shè)置激光筆的位置在豎直傳感器的中間，當水平與豎直方向同時滿足條件時，激光筆將準確定位在光源中心處。 圖 3 光照度分析圖 四．系統(tǒng)單元電路設(shè)計 檢測電路：傳感器檢測光照后，輸出的模擬量經(jīng)過限幅、采樣保持處理后接入AD 通道。 9 10kGNDVCC 5VON
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