光源自动跟踪系统设计系统建模
基于ARM的光源跟踪系统的设计
信 号 ，采 用 交错 技 术 可 以显 著提 高 升压 转 换效 率 ， 利 用其输 出 电流峰 值可 达 ｌ Ａ和 可调 的 Ｐ ＷＭ 输 出
来驱动 Ｌ Ｄ灯 ，实现亮度可调节的光源发射。 Ｅ
踪技术受 到越 来越 多的关注 ，该技 术可应用于太阳 自动跟 踪等领 域 ，使 太阳能的利用率和吸收率更高 。 １２检 测 部 分 ． 传统的光源跟踪技术多 以单 片机 为控制核 心 ，其 检 测 部 分是 整 个 系统 的关键 ，决 定 了系统 跟 踪 的精 确度 ，电路 图如图 ２所示 ，由 ５ 光敏三极 个 管组成 ，其灵 敏度和稳 定性好 ，分别置 于可沿 固定 轴 翻转运 动的平 台上 ，形 成 １０ ２ 。圆弧形 切面 ，激
极管采集 、经放大和比较后 的光 源信号 ，控 制步进电机带动跟踪平 台运动 ，结合软件进行 相关 算法的运算控
制最 终实现对点光源 的 自动跟踪 。通过对 亮度 可调的光源发 生装置模拟太阳光照进行 的跟踪实验 ，结果表 明 该系统较传统 的单片机控制在跟踪速度和精度方面有很大提升 。
关键词： 光源跟踪 ；Ｌ Ｓ １ ；步进 电机 Ｍ３ ８ １ 中图分类号 ：Ｔ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ Ｐ７
ｓ ｓ ｍ Ｓ Ｓｔ ｅ ＡＲＭ ｃｏ ｏ ｔｏ ｅ Ｍ ３ ８ ａ ｈ ｏ ｔｏ ｏ ｅ ｒ ｃ ｓ ｓｔ ｅ ｌ ｈ ｉｎ ｌｗｈ ｃ ｏ ｌｃ ｅ ｙ ｔ ｅ ｙｔ ｅ Ｕ ｅ ｈ ｍｉｒ ｃ ｎ ｒ Ｕ ｒＬ Ｓ １ ｓｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｃ ｒ ；ｐ ｏ ｅｓ ｈ ｇ ｔｓ ａ ｉ ｈ ｃ ｌ ｔｄ ｂ ｈ １ ｅ ｉ ｇ ｅ
点光源追踪系统设计
点光 源追 踪 系统 设 计 米
李 超 王再 明 甘 铭 韦稳稳 刘 刚
（ 石理 工 学 院 电气 与 电子 信 息工程 学 院 ， 北 黄 石 ４５０ ） 黄 湖 ３０ ３
摘 要 ： 旨在设计一个模拟强点光源追踪装置 ， 以提高光源 的利用率 。装置 由模 拟强光源和光 源追 踪２ 部分构成。模拟强光源装置采用 Ｔ 公司的 Ｌ ３７组成可调恒流源装置控制 １Ｗ 高亮度 Ｌ Ｄ光 Ｉ Ｍ １ Ｅ 源， 并且使用电阻分流和 ＭＳ４ ０ ４ Ｐ３ ｆ ７内部 Ａ Ｃ采样数显 。追踪装置采用 Ａ ｍ ｌ １ Ｄ Ｔ ｅ 公司的 Ａ ｍ ｇｌ Ｔ ｅａ６高 性能 Ａ Ｒ单 片机作为主控芯片 ， Ｖ 将采集到的信号进行综合判别和处理 ， 然后控制舵机实现对光 源的 跟踪 ， 并可实现手动校准 。 关 键词 ： 点光源 ； 跟踪系统 ； 光敏 电阻 ；Ｔ ｅａ６ Ａ ｍ ｇ１
注， 如何 提高太 阳能资源 的利用效 率 已经成 为 当今 世 界 能 源 行 业 重 要 的 话 题 。本 系 统 旨 在 设 计 一 个 模 拟 强 点 光 源 追 踪 装 置 ， 提 高 光 源 以
的利用率 。装 置 由模 拟 强 光 源 和光 源追 踪 ２ 部分 构 成 。模 拟 强 光 源装 置 采 用 ， Ｉ ＇ 司 的 Ｉ公 Ｌ １ Ｍ３ ７组 成 可 调 恒 流 源 装 置 控 制 １Ｗ 高 亮 度
Ｌ Ｃ ａ ＷＡ ／ ｈｏ ＮＧ ｉ ｎ Ｚａ ｍｉｇ
Ｇ Ｎ Ａ
ＷＥＩ Ｗｅ ｗｅ Ｌ Ｕ ｎ ｎ ｎ Ｉ Ｇａ ｇ
（ｃｏ ｅｒａａ ｅｒ ｉＩｏ ａｏ Ｅｇｅｉ ， ｕｎ ｈＩｔ ｔｏＴ ｈｏｇ， ｕ ｇ ｉ ｕｅ４５０） Ｓ ｏｏＥ ｃｉｌｎ Ｅ ｔｎ ｆｍｔｎ ｎｎ ｒｇ Ｈａ ｓ ｓｕ ｎｏ Ｈ ａ ｓ ｂ ０３ ｈ ｌｆｌｔ ｄ ｌ ｏ ｃｎ ｒ ｉ ｉｅｎ ｃ ｃ ｇ ｉｎｉ ｅｆ ｅ ｌｙ ｎ ｈＨ ｉ３ ｔ ｃ
光伏发电光源跟踪控制系统设计
光伏发电光源跟踪控制系统设计摘要：本系统设计方案是基于单片机完成的, 该设计使用光敏三极管来检视太阳光源的位置，并将信号传输给单片机，经过单片机的操作和处理来将光源位置传输同步给步进电机，步进电机将驱动太阳能电池板与太阳光源垂直，使其跟随光源运动。
同时将光敏传感器检测的信号显示在液晶屏幕上。
关键词：光源；单片机；传感器1、引言由于现代社会新能源的发展较为缓慢，新能源呼声成为当前科学家研究的出发点，如太阳能和风能。
而其中太阳能源最能引起科学家的研究和利用，太阳能光源的可再生能源就成为许多科学家注意力和研究的焦点。
光作为地球上一种可再生的新型能源，相比其他能源，其主要特点是环保清洁，但是由于太阳照射在地球上有着分布不均，随着时间的变化光照强度会产生变化等特点，就会导致大部分的设备对光的利用率大大降低，我们所能利用的仅仅是其中的一小部分。
因此，光源跟踪可以自动且不需要让人为干预的跟踪太阳的位置，加强了对光的利用。
2、电源电路电源电路是整个系统最不可或缺的，其设备需要依靠电源才得以工作，在电源的选择上，三端集成稳压器件由简单的稳压电源组成，性能稳定，工作可靠，调节方便，已逐步取代分立元件，广泛应用于生产中。
本文介绍了一个用AT89C51单片机控制的输出为±5V直流电压的7805三端集成稳压电源电路，并给出了主要器件的型号及参数。
该稳压电源适用于各种电子设备的供电。
由于它是一个小系统，我们使TRAN-2P2S电源供电+5V稳压电压。
3、液晶显示电路液晶显示电路采用LCD1602，是目前使用最多的液晶显示器之一。
它是由字符型液晶显示屏。
显示单元和控制电路组成的一个有机整体。
由于该装置采用了独特的技术，所以具有体积小，重量轻，功耗低，寿命长，可靠性高等特点。
本文对该电路作一些介绍。
控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，它的内部元件有很少的电阻分部，而在主板上却构成电容元件、电阻等元件。
点光源跟踪系统设计
ｍｏｏｓ ｒ ｅｌｓｒ ｅ ｓ ｎ ｃ ｕａｅｐ ｓ ｉｎｎ ． Ｍ３ ｔｐｃ ｌ ｏ ｓ ｎ—ｕｒｎ ｏ ｒｅｃｒｕｔｍｐｅ ｎｅ ｄｕｔｂｅ ｔｒ ｉ ｅ ｎ ｄａ ｃ ｌｔ ｏ ｉｏ ｉｇ Ｌ ｉａ ｃ ｎｔ ｔ ｒｅ ｔ ｕｃ ｉ ｉｉ ｌｍｅ ｔｓａｊ ｓ ｌ ｄｖ ａ ｐ ａ ｔ １ ｙ ７ ａ ｃ ｓ ｃ ａ ｓｏ ｅｔ ｄｕ ｔ Ｅ ｇ ｔ ｉ —５ ｍＡ． ｈ ｏｅｓｓ ｍ ｅｙｇ ｏ ｏ ｌｔｄｗｉ ｉ ｅｓｅ ｉ ｅ ａ ｇ ａ ｋｎ ｃ ｐ ａ ｊｓ Ｌ Ｄ ｌ ｈｓ ｎ１ ０３ ０ ｏ ｉ ５ Ｔ ｅｗｈ ｌ ｙ ｔ ｉ ｖ ｒ ｏ ｄｃ ｍｐｅ ｔ ｎｔ ｐ ｃｆ ｄｒｎ ｅｔ ｃ ｉｇ ｅ ｓ ｅ ｈ ｈ ｉ ｒ
１ 引言
文 中设计 的系统 是源 自于 ２ １ ０ ０年 Ｔ 杯湖北省 电子 Ｉ 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 。光 源 Ｂ使用单只 １ 白光 Ｌ Ｄ，固定在一支架上 。Ｌ Ｄ的 Ｗ Ｅ Ｅ 电流能够在 １ ０ ３ ０ ｍＡ ５ ５ ｍＡ 的范 围内调节 。初始状 态 下光 源 中心线与 支架 间的夹角约为 ６ 。 光源距地 面 ０，
ａ ｄ ｐ ｎ ｉ ｈ ｏ ｒ ｅ ｉ ｒｇ ｔ ｅ ｓｃ ａ ｇ ｓ ｉ ａ ｏ ｄ ａ ａ ｔ ｂ ｌｔ ． ｎ ｏｉ ｔｌｇ ｔｓ ｕ ｃ ｎ ｂ ｉ ｈ ｎ ｓ ｈ ｎ ｅ ， ｔｈ ｓ ｇ ｏ ｄ ｐ ａ ｉｉｙ ＫＥＹ ＯＲＤ Ｓ ｔ ｐ ｉ ｇ ｍｏ ｏ ； Ｓ ４ ０ ｈ ｔ ｃ ｎ ｕ ｔｖ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｃ ｎ ｔ ｎ — ｕ ｒ ｎ ｏ ｒ ｅ Ｗ ：ｓｅ ｐ ｎ ｔ ｒ Ｍ Ｐ ３ ；ｐ Ｏ Ｏ Ｏ ｄ ｃ ｉ ｅ ｒ ｓ ｓ ａ ｃ ； ｏ ｓ ａ ｔｃ ｒ ｅ ｔｓ ｕ ｃ
点光源跟踪系统设计方案
点光源跟踪系统设计报告设计题目一、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；四、评分标准设计报告项目分数系统方案 2 理论分析与计算8 电路与程序设计9 测试方案与测试结果8 设计报告结构及规范性 3小计30基本要求完成第（1）项10 完成第（2）项20 完成第（3）项20小计50发挥部分完成第（1）项15 完成第（2）项15 完成第（3）项15 其他 5小计50总分130设计总方案一：系统概述本设计是一个点光源追踪系统，主要由传感器来对光照检测与处理，控制器分析与处理，执行机构运行和模块显示这几个部分构成。
点光源跟踪器系统设计
点光源跟踪系统组员：王立冬卢晓文许甲海摘要：本文设计的是一个点光源跟踪系统，主要由光敏三极管的照度检测与处理，控制器分析与处理，执行机构运行和液晶显示模块这几个部分构成。
整个系统是以LM3S1138为控制核心，通过八个个光敏三极管来检测光照，依据光照度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度，以达到跟踪光源的效果。
关键词：点光源定位，二维运动分析，LM3S1138一、系统方案设计与论证1.主控芯片根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案：方案一：MSP430系列单片机。
16位低功耗单片机，性能良好。
方案二：Cortex-M3系列。
具有32位处理器内核的高性能处理器，具有强大的控制、处理能力，丰富的外围模块，稳定的系统，提供方便高效的开发环境。
本系统选取Cortex-M3系列的LM3S1138作为控制器，LM3S1138支持低功耗模式，性能稳定，内置嵌套向量中断控制器，在控制、处理数据速度上有优势，并含有丰富的外围模块，所以选择方案二。
2.传感器的选择本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案：方案一：光敏电阻。
从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。
方案二：硅光电池。
硅光电池是一种直接把光能转换为电能的半导体器件，根据硅光电池光照强度曲线特性可知，硅光电池的开路电压或短路电流与光强成很好的线性关系。
方案三：光敏二极管。
光敏二极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。
方案四：光敏三极管。
原理与光敏二极管相同，但是与光敏二极管相比，它具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度，因此传感器选择方案四。
3.电机的选择电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：方案一：步进电机。
光源自动跟踪系统设计报告1
题目光源自动跟踪系统组别第三组姓名农世安、黄勇深、廖晓系（院）信息工程系班级 11应用电子（3+2）指导教师龙祖连、倪杰、张存吉二O一二年九月三日光源自动跟踪系统要摘本设计以TI公司提供的16位超低功耗、高性能嵌入式微控制器MSP430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。
循迹小车沿半径r =80cm的半圆黑色循迹线（线宽20mm）自C点运动到D点，在D点停留5S后关掉LED灯并自动返回C点，表示一天周期的结束。
放置在地面的光源跟踪系统，通过运用光敏器件的检测、传感器、AT89S52单片机的强大功能及相关外围电路设计产生控制信号传递给步进电机，使步进电机带动激光笔进行左、右等方向进行光源的实时检测及精确的跟踪。
本文着重讨论电机控制与光源检测定位方法。
关键字光源检测及跟踪光敏器件步进电机目录一、引言 (4)任务与要求 (4)二、方案的选择与论证 (5)1、微控制器模块的选择与论证 (6)2、光敏元器件的选择与论证 (7)3、电机的选择与论证 (8)4、电机驱动模块的选择与论证 (9)5、显示模块的选择与论证 (9)6、方案确认 (10)7、方案论证 (10)三、系统总体设置 (11)1、系统硬件流程图 (11)2、系统软件流程图 (12)四、系统单元设计 (14)1、单片机最小系统 (14)2、电源电路 (15)3、黑白线检测模块 (16)4、电机驱动模块 (16)五、系统总体测试 (17)六、总结 (17)一、引言.任务与要求：设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的模拟光伏发电太阳光自动跟踪系统，系统示意图如图1所示。
光源B使用单只1W白光LED（不得使用任何聚光装置），固定在一可调速循迹小车上，循迹小车沿半径r =80cm 的半圆黑色循迹线（线宽20mm）自C点运动到D点，在D 点停留5S后关掉LED灯并自动返回C点，表示一天周期的结束。
循迹小车的速度以自C点运动到D点的时间为20~50S 可调节。
基于51单片机点光源自动跟踪系统设计
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院综合设计报告设计题目：基于单片机的光源自适应控制系统设计单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：专业：自动化班级：学号：指导教师：蒋建春设计时间： 2012 年 10 月重庆邮电学院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。
光源自动跟踪系统自控原理课程设计
光源自动跟踪系统自控原理课程设计一、前言光源自动跟踪系统是指利用光敏元件感知光线方向和光强，并通过自控原理去控制光源的方向和角度，以保证光源始终朝向目标，从而提高光能利用效率。
在现代节能环保理念的引领下，光源自动跟踪系统的研究与应用备受重视。
本课程设计立足于自控原理，旨在通过深入的理论研究和系统实践，培养学生动手能力和解决实际问题的能力，为学生今后的工程实践打下坚实基础。
二、课程设计目标1. 了解光源自动跟踪系统的基本原理和实现方式；2. 掌握自控原理在光源自动跟踪系统中的应用；3. 进行光源自动跟踪系统的设计与实现；4. 提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
三、课程设计内容1. 光源自动跟踪系统的原理及相关知识介绍1.1 光敏元件的工作原理1.2 光源的自动定位与跟踪1.3 控制系统的设计与实现2. 自控原理在光源自动跟踪系统中的应用2.1 PID控制器在光源自动跟踪系统中的应用2.2 虚拟仪器软件的使用3. 光源自动跟踪系统的设计与实现3.1 选择合适的光敏元件3.2 搭建实验评台3.3 调试控制系统4. 实际案例分析4.1 光伏发电系统中的光源自动跟踪技术4.2 植物生长灯中的光源自动跟踪技术四、课程设计步骤1. 第一阶段：理论学习1.1 学生通过课堂教学和自主学习，掌握光源自动跟踪系统的原理及相关知识；1.2 学生学习自控原理在光源自动跟踪系统中的应用，了解PID控制器的基本原理和实现方法；1.3 学生熟悉虚拟仪器软件的基本操作和功能，为实验做好准备。
2. 第二阶段：实验设计2.1 学生在老师的指导下，选择合适的光敏元件，并设计光源自动跟踪系统的整体结构；2.2 学生搭建实验评台，完成光源自动跟踪系统的硬件部分搭建；2.3 学生根据课程要求，编写控制系统的程序，并进行调试。
3. 第三阶段：实验实施3.1 学生进行光源自动跟踪系统的实验实施，并记录实验数据；3.2 学生通过实验数据的分析，对光源自动跟踪系统的性能进行评估；3.3 学生在老师的指导下，完成实验报告的撰写。
第3组——点光源跟踪系统
点光源跟踪系统摘要：本设计制作了一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，通过让四个方向上的光敏三极管采集光强程度，经过比较给超低功耗MSP430单片机光源位置信息，经单片机控制直流电机驱动芯片L298改变两个垂直方向上的直流电机转向及转速，从而控制激光笔指向。
而大功率白炽灯由恒流源电路驱动，并可以通过改变输入电压改变恒流源的电流大小。
经验证，该设计完成了全部基础功能及部分发挥功能。
关键词：恒流源，光感元件，直流电机，单片机控制一系统设计方案论证下面就光源部分的选择和系统控制等关键模块的设计方案进行讨论与分析1.1方案论证与选择1.1.1光源信号采集方案一：采用光敏电阻，光敏电阻结构简单，敏感度高，稳定性高且体积小；但光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，响应时间太长，温度特性较差。
方案二：可选用光电二极管，利用PN结受光照射产生正向电压的原理作为感光器件，由于光敏二极管的光照特性是线性的，适合检测光源特性，另外它还具有响应速度快，较高的灵敏度，良好的温度稳定性和低工作电压等优点；但输出电流太小。
方案三：选用光电三极管，它通频带较宽，性能不如光电二极管稳定，但灵敏度高，响应速度快，本设计选用光电三极管。
1.1.2光源信号处理先对光电三极管采集到的小电流信号进行放大处理，对上下和左右信号分别比较送入单片机进行AD转换及数据处理。
1.1.3直流电机及驱动使用L298电机驱动电路对电机进行驱动。
方案一：通过控制步进电机转动控制激光笔转动方向，步进电机是一种将电脉冲转化为不连续的机械运动的机电装置。
当施加适当的电脉冲指令时，电机转子的出轴或外转子将会以不连续的步进增量旋转。
所加脉冲的顺序直接决定着电机转轴旋转的方向。
电机转轴旋转的速度取决于所加脉冲的频率，而旋转的角度或者圈数和所加的脉冲数成正比。
方案二：选用直流电机控制激光笔转动方向，直流电机是将直流电能转换为机械能的转动装置，电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。
自动光源跟踪器的设计
自动光源跟踪器的设计[摘要]自动光源跟踪器使用Freescale公司的超低功耗的MC9S12XS128单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动模块，光源检测模块，电源转换模块等模块组成。
利用4路光敏电阻来检测光源的位置，经过单片机的运算和处理来确定光源的运动趋势，并将运算的控制信号传给四台舵机，使其能够在三维面内跟随光源运动。
[关键词]S12；光源；跟踪；光明电阻Automatic light source tracker designDuan Shilei(Shaanxi University of Technology School of electrical engineering automation 084 class, Shaanxi Hanzhoung 723003)Teacher: Hu Bo[Abstract] Automatic light source tracker using Freescale's ultra low power MC9S12XS128 MCU as the control core of the system, mainly by the motor drive module, light detection module, a power supply conversion module and other modules. The4photosensitive resistor to detect the position of the light source, through the MCU to determine the movement of the light source and the trend, operation control signal is transmitted to the four actuator, which can follow the movement of the light source in a three-dimensional surface.[Key words]S12; light source; tracking; photosensitive resistance目录1.引言 (1)1.1课题背景 (1)1.2目的及意义 (1)1.3光源跟踪装置目前现状 (1)1.4设计思路及任务要求 (2)1.5进度安排 (2)2.方案论证 (3)2.1系统设计概述 (3)2.2方案选择与论证 (3)2.2.1主控芯片的选择 (3)2.2.2电机的选择 (4)2.2.3传感器的选择 (4)2.2.4电源模块 (4)2.2.5采集方案的选择 (4)3 系统硬件设计 (5)3.1硬件方框图 (5)3.2单片机MC9S12XS128 (5)3.3舵机 (8)3.4光敏电阻 (9)3.5信号放大器 (9)3.6硬件电路图设计 (9)4．系统软件设计 (11)4.1主程序 (11)4.2各个模块的初始化 (11)4.2.1锁相环模块 (11)4.2.2I/O端口 (12)4.2.3PWM模块 (12)4.2.4PIT定时器模块 (12)4.2.5A/D转换模块 (13)4.3 PID调节 (13)4.4程序算法 (17)5．系统仿真与硬件调试及分析 (18)5.1开发环境 (18)5.2软件调试 (19)5.3硬件调试 (19)5.4结果分析 (20)6.总结与展望 (21)致谢 (22)参考文献 (23)附录 (24)附录A：系统原理图 (24)附录B：系统实物图 (25)附录C：元器件清单 (28)附录D：单片机最小系统板PCB原理图 (29)附录E：英文文献及其翻译 (30)附录F：源程序 (34)1.引言1.1课题背景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。
基于单片机的光源自动跟踪系统设计
基于单片机的光源自动跟踪系统设计摘要与其他能源相比, 太阳能具有独特的优点, 向太阳这个取之不尽的能源宝库索取能量,实现人类历史上的能源变革,已成为今后能源开发的主要趋向。
用现代化方法大规模地开发利用太阳能,已成为摆在人们面前的一项重要任务。
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, 相同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%左右，因此在太阳能利用中进行跟踪是十分必要的。
光源跟踪技术是一项实用的技术,在很多领域均有应用,尤其是在太阳能设备上,能够使其工作效率更高,能量吸收率更高。
给出了一种基于单片机的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AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动，光源检测等组成。
利用4路光敏传感器来检测光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控制器AT89C51单片机，经过单片机的运算和处理来确定光源的运动趋势，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随光源运动。
当水平方向上的2路光敏传感器管测量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏传感器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光源。
同时将光敏传感器检测的信号显示在LCD液晶屏幕上。
关键词：AT89C51单片机，光源，自动跟踪，检测，传感器ABSTRACTCompared with other energy, solar energy has a unique advantage, the inexhaustible energy treasure to the sun for energy, realize the energy change in human history, has become the main future energy development trend. With modern methods for the development and utilization of solar energy on a large scale, has become an important task in front of people. However it also has intermittent, illumination direction and intensity of changing over time, this is the collection and utilization of solar energy put forward higher requirements. At present many solar panel array did not make full use of solar energy resources, power generation efficiency is low. According to the experiment, in the solar energy light electricity, under the same conditions using automatic tracking power equipment to around 35% higher than that of fixed power equipment capacity, therefore in the solar tracking is very necessary. Light source tracking technology is a practical technology, are applied in many fields, especially in solar energy equipment, able to make it work more efficient, higher energy absorption.This design gives a light source automatic tracking system based on single chip design scheme, the design USES TI company's ultra-low power consumption of AT89C51 as the control core of the whole system, mainly by motor driven, light detection, etc. Using four-way photosensitive sensor to detect the position of the light source and detected signals are amplified to controller AT89C51, through MCU operation and processing to determine the movement trend of light source, and the operation of the control signal to the two stepper motors, to make it follow the light source. When the horizontal 2 road of photosensitive sensor measurements are relatively close, at the same time 2 road photosensitive sensor measurement values on the vertical direction is relatively close, the laser pointer, in the middle of a verticalsensors will be accurate to point light source. At the same time the photosensitive sensor detection signal is displayed in the LCD screen.Key words: AT89C51, light source, automatic tracking, detection, sensor目录1.绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2太阳能的应用 (1)1.3光源跟踪系统发展现状 (2)1.4本文主要内容 (3)2系统设计 (4)2.1系统设计要求 (4)2.1.1跟踪光源设计 (4)2.1.2太阳光角度的计算 (5)2.1.3太阳光强度检测系统 (9)2.2方案比较 (10)2.2.1主控芯片的选择 (10)2.2.2电动机的选择 (11)2.2.3电动机驱动电路的选择 (14)2.2.4传感器的选择 (14)2.2.5显示器的选择 (15)2.2.6转换器的选择 (16)2.2.7太阳能电池板 (16)3硬件设计 (18)3.1硬件方框图和电路设计 (18)3.2主控系统 (18)3.3步进电机驱动电路设计 (20)3.4按键设计 (23)3.5液晶显示器设计 (23)3.6信号采集处理 (24)4软件设计 (26)4.1主流程图 (26)4.2子程序流程图 (26)5系统调试和结果分析 (33)5.1仿真 (33)5.2 调试与分析 (35)总结 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录1 (40)附录2 (41)1.绪论1.1 概述该设计采用Intel公司的超低功耗，低电压，高性能的AT89C51 单片机作为整个系统的核心，主要由电机驱动，光源检测，采集信号等组成。
自动跟踪太阳的光纤导光照明系统的设计
２ ． 山东省半导体光电子工程技术研究 中心 ， 济南 ２ ５ ０ １ ０ ０
１ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏｌ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ １ ０ ０ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ２ ． Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｏｐ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ Ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ， Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ １ ０ ０ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ； Ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ Ｃ ｈ ｉ ｐ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ （ Ｓ ＣＭ ） ； ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ； ｃ ｏ ｎ ｄ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ； ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ ｇ
00然后在每个时间段的初单片机并计算出太阳的高度角和方位角然后与10min之始时刻将系统调节为正对太阳太阳聚焦后的光斑照射在前测得的结果相减并将这次测量结果储存根据两次差值光纤输入端用lm200光功率计测试光纤输出端的可见光计算的太阳高度角和方位角偏差确定脉冲的个数然后通功率将此值作为比较参考值然后启动光纤导光系统跟踪过步进电机控制云台转动聚光器始终对准太阳从而保证器开始跟踪太阳每间隔10min记录光纤输出端的可见光聚光器最大限度地接收阳光实现实时跟踪
基于数字照度传感器的光源自动跟随系统设计分析
图１ 运行原理
功率耗量较少。
上述介绍的传感器，其总线接口为
数字输出型环境光传感器为16位，该系统支持单片机通信，此外，该系统功能在内置待机方面最为突出，待机期间通过
μA，能起到低电流引导的积极作用。
需要说明的是，这一型号传感器精度分类形式有三种，即低精度、高精度，其中，低精度分辨率为31 Lx，
；中精度分辨率为40 Lx，测量时间为15 ms
，测量时间为119 ms，由于显示的控制指令存在差所以应有依据地选择适合的模式。
系统实际设计的过程中，光照强度数量为四个，方向来源分别为上、下、左、右，前两个方向为一组，后两个方向为一组，分组工作完成后，进行组别对比，待组别差值达到要求后，自由转动电机，转动方。
激光光线跟踪技术与系统设计
激光光线跟踪技术与系统设计激光光线跟踪技术是一种通过利用激光光束跟随目标物体运动的技术。
它广泛应用于各个领域，包括机器人导航、无人机控制、虚拟现实和增强现实等。
本文将探讨激光光线跟踪技术的原理、应用以及系统设计要素。
首先，让我们了解激光光线跟踪技术的工作原理。
激光光线跟踪系统通常由一个激光发射器和一个接收器组成。
发射器产生一束窄而密集的激光光束，然后通过光线控制装置将光束在空间中调整方向。
接收器用于接收反射回来的光线，并通过反射光的位置来确定目标物体的位置和运动轨迹。
在进行激光光线跟踪系统设计时，有几个关键要素需要考虑。
首先是激光的选择。
合适的激光器应该具备高功率、窄光束和稳定性的特点。
其次是激光光线控制装置的设计。
光线控制装置通常由镜片、反射器和偏振器等组成，它们共同作用以确保光线能够准确地对准目标物体。
另外，接收器的选择也是重要的一步。
接收器应该能够高效地接收反射光，并转换为电信号。
最后，还需要考虑系统的数据处理和算法。
通过对接收到的光线数据进行处理和分析，可以获得更加精确的目标物体位置和运动轨迹信息。
激光光线跟踪技术有着广泛的应用。
在机器人导航中，激光光线跟踪系统可以帮助机器人实时感知周围环境，并避开障碍物。
在无人机控制中，激光光线跟踪技术可用于无人机的自动驾驶和目标追踪。
在虚拟现实和增强现实中，激光光线跟踪技术可以用于精确定位用户的头部和眼睛位置，以实现更加逼真的虚拟体验。
在设计激光光线跟踪系统时，需要考虑一些关键技术挑战。
首先是光线传输的稳定性。
由于激光光线是一束高度聚焦的光束，其传输过程受到环境因素和光学变化的影响较大。
因此，需要采取一些措施来确保激光光线的稳定传输，如使用稳定的光源和高质量的光学元件。
其次是目标物体的识别和跟踪算法。
目标物体的识别和跟踪是整个系统的核心部分，需要采用高效的算法来实现快速而准确的目标检测和跟踪。
此外，设备的功耗和体积等工程问题也需要加以考虑。
总结起来，激光光线跟踪技术是一种通过利用激光光束跟随目标物体运动的技术。
试析智能光源追踪器的设计
试析智能光源追踪器的设计前言随着社会和科技的发展，资源的需求量不断加大，光是地球上最丰富的可再生利用的绿色环保能源，在利用集热器收集它的热能或通过太阳能电池板将其转换成电能的工程中，都希望发挥最大效率。
本文采用的是TI公司LM3S811超低功耗单片机为控制核心，利用一些外围部件来实现对光源的自动追踪。
通过光源跟踪系统帮助受光平面跟随光源运动以获得充足的光达到最大利用率。
跟踪系统主要是一个单片机控制的机械运动机构，该系统具有半自动，跟随精度高，灵敏度高等优点[1]。
1、系统硬件的总体设计和各功能模块的选型。
总体设计是感光模块将采集到的光信号转换成变化的电信号，所有的电信号发送到模数转换电路，将模拟信号转换成8位数字信号，进而将数字信号传送到主控芯片LM3S811，在主控芯片里通过比较各路信号的大小来决定驱动步进电机的转动，从而达到探头追踪光源的目的。
其中，电机驱动模块可以细分驱动信号，进而可以使电机转动的平稳。
同时，本系统还可以通过按键调速电路来控制电机的转动速度，调速信号传输到主控芯片以后，通过改变PWM波的占空比来改变其功率，从而改变电机的转速。
此时此刻，电机的速度级别会在显示速度模块显示。
根据硬件总体设计图来对系统的各主要功能模块进行选型。
本次设计要求探测距离在100cm处，且能准确快速探测到光源，相比之下光敏三极管具有较宽的检测范围，且符合此次系统的要求，所以选择光敏三极管组成的光电转换模块来担当探头。
考虑到本系统使用的模拟信号输入总共有9路输入信号，本系统选择TLC2543芯片。
主控芯片选TI公司提供的LM3S811。
为了设计一个稳定精确的系统，使用混合式步进电机及带有细分功能的驱动模块。
2、追踪点光源方案选择取A、B、C、D、E、F、G、H、I九个同一型号的感光模块，以E为中心，A、C以BD直线对称表示竖直方向的，B、D以AC直线对称表示水平面的。
在整个系统的周围安置F、G、H、I，用于采集其他光源的影响。
3 光源自动跟踪系统课程设计解答
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：光源自动跟踪系统单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：* * *专业：****班级：* * * *学号：******指导教师：* * *设计时间：20** 年*月重庆邮电大学自动化学院制目录一.题目 (3)二.模型建立与求解 (4)2.1控制系统结构 (4)2.2光源检测模型 (4)2.3直流电机模型 (5)三.性能验证和参数设计 (6)3.1根轨迹设计及频域分析 (6)3.2时域检验与速度信号测试 (7)3.3检测电路设计 (8)一.课程设计题目已知一光源自动跟踪系统，利用帆板上一对光敏元件检测光能，当帆板偏离光源时，光敏元件产生电压差并通过放大后驱动电机转动，使太阳能帆板对准光源，如图示,其中，电机3,1.75; 2.8310;a a c v a R L V K W -==⨯=*表示转子旋转产生的电动势0.093;v K =电机产生的电磁力矩*,0.0924;t t T K I K ==电机及负载的转动惯量623010J ms -=⨯;阻力矩为*,a T B W =其中3510B -=⨯.要求完成的主要任务：1、分析系统工作过程，建立数学模型，并画出结构图。
2、系统跟踪阶跃响应的时间为0.5秒，超调量为小于5%，设计校正系统。
3、分析当该系统跟踪太阳转动时的性能。
4、设计光源检测放大装置，画出电路图并确定主要元件参数。
二、模型建立与求解2.1控制系统结构依据检测、放大、电机三个模块，画出相应的控制结构图，如图2.图2 控制系统图在这里,角度的输入和比较依靠物理的光线输入和检测以及系统结构布局来实现的.2.2光源检测系统模型该光源跟踪系统主要由光线检测电路，电机驱动放大器，直流伺服电机三个模块组成。
两个完全相同的光敏传感器分别安装在帆板两边，用来检测光线是否正对该跟踪系统。
当光线满足入射条件时，两个光敏传感器检测到的光辐射强度几乎相等，否则讲表明帆板偏向受辐射少的一边。
光电跟踪系统内模控制器的设计
光电跟踪系统内模控制器的设计
光电跟踪系统内模控制器的设计
针对光电跟踪系统,提出一种基于内模控制原理的新型位置控制器设计方法.内模控制是一种基于对象数学模型进行控制器设计的新型控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆.该控制器设计方法简单,只有一个可调参数,而且可调参数直接与系统的动态特性和鲁棒性相关,与常规PID控制器相比,参数调整更加方便.由实验数据统计分析得出,系统的方位跟踪误差和高低跟踪误差的均方根分别为0.4mrad和0.3mrad,表明该控制器能够提高系统的跟踪精度,从而为高性能光电跟踪系统提供了一种新的控制方法.
作者：赵志诚贾彦斌张井岗孙志毅作者单位：赵志诚,张井岗,孙志毅(太原科技大学自动化系,山西,太原,030024)
贾彦斌(北方自动控制技术研究所,山西,太原,030006)
刊名：光电工程ISTIC PKU英文刊名：OPTO-ELECTRONIC ENGINEERING 年，卷(期)：2005 32(1) 分类号：V556 关键词：光电跟踪系统内模控制伺服系统。
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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。
3. 执行器模型
舵机是一种常见的执行器，其工作原理是通过输入PWM信号来调节自身角度。
舵机的数学模型可以表示为：
θ = Kp * PWM + θ0
其中θ为舵机角度，PWM为输入信号占空比，Kp、θ0为常数。
四、总结
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。
本文介绍了该系统的设计和建模过程，包括传感器选择、控制算法设计和执行器选择等方面。
通过对系统进行建模和仿真分析，可以有效地优化系统参数和性能，提高照明效率和舒适度。