光源自动跟踪系统课程设计解答

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自动控制原理课程设计题目(A)

自动控制原理课程设计题目(A)
题目 1. 龙门吊车系统设计.............................................................................................................1 题目 2. 柔性手臂控制系统设计.....................................................................................................2 题目 3. 光源自动跟踪系统设计.....................................................................................................3 题目 4. 球杆控制系统.....................................................................................................................4 题目 5. 龙门刨床速度控制系统.....................................................................................................5 题目 6. 卷纸张力控制系统.............................................................................................................5 题目 7. 奶粉干燥控制系统..........................................................

基于数字照度传感器的光源自动跟随系统设计分析

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。

光源自动跟踪系统设计系统建模

光源自动跟踪系统设计系统建模

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。

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。

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。

太阳光自动跟踪系统课程设计

太阳光自动跟踪系统课程设计

太阳光自动跟踪系统课程设计太阳光自动跟踪系统,听起来是不是有点高大上?其实说白了,就是一个能自动跟着太阳转的设备,简单点说,就是“阳光大追踪”。

你是不是已经想象到那个阳光照射下来,跟着阳光走,一直不离不弃的场景了?其实这就是太阳能发电的一个重要环节,咱们把它搞得聪明一点,让它自己动起来,追着太阳走,这样能更好地吸收阳光,提高发电效率。

不信?你往下看,保证让你眼前一亮。

咱得知道,太阳能发电要靠阳光。

你想呀,太阳一出来,咱们就等着吸收它的能量,但光照强度不同的时候,怎么能最有效地利用太阳能呢?这时候,咱们就得用太阳光自动跟踪系统了。

这个系统呢,通俗点说,就是给光伏电池板装上一双“眼睛”,让它能看到太阳,然后根据太阳的位置,自动调整角度。

就像咱们平常看电影的时候,电视遥控器能调节角度一样,太阳光自动跟踪系统就能调整光伏板的方向,使其始终对准太阳,保证最大限度地吸收太阳能。

你要是问,为什么不直接让太阳能板朝一个固定的方向就行了呢?唉,这问题可难不倒我。

因为太阳从早到晚的路径是不一样的。

早上从升起,下午落到西方,你要是把光伏板固定不动,太阳照射的角度就会一直变化,结果呢,电池板吸收的太阳能就不够多,效率也就大打折扣了。

对吧?就像你一整天都对着太阳背面站,怎么可能晒到好太阳?不过,太阳光自动跟踪系统就不同了,它能通过一系列巧妙的装置,全天候调节板子的角度,始终保持最优的光照位置。

这一切的核心其实就是那些传感器。

别看它们个头不大,作用可不小。

它们会感应太阳的位置,然后通过控制系统计算出光伏板应该转到什么角度。

然后,电机一启动,板子就开始转动,跟着太阳跑。

这过程啊,看着真是简单,实际操作起来,可是有一套复杂的技术在里面。

你想想,传感器得精确,电机得有劲,还得考虑到各种环境因素,比如风速、温度啥的。

这就像是在和太阳斗智斗勇,你追我赶,谁也不愿意掉队。

其实你仔细想想,太阳光自动跟踪系统就像是一个忠实的小跟班。

它总是默默地执行着它的任务,似乎没什么大不了的,但它的努力却决定了电池板的吸收效率。

点光源跟踪系统设计

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

试析智能光源追踪器的设计

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。

点光源跟踪器系统设计

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。

太阳能光源追踪系统的设计

太阳能光源追踪系统的设计

太阳能光源追踪系统的设计太阳能光源追踪系统的设计第10 页共11 页自动追光控制电路的设计太阳能光源追踪系统的设计摘要:本文设计了一款太阳能自动跟踪采集系统,该系统由机械系统,太阳能采集系统,硬件控制系统,软件部分组成。

太阳能采集系统由太阳能电池板,蓄电池组成。

硬件控制系统以AT89C52单片机为核心构成自动跟踪太阳控制电路。

通过光电信息采集电路,信号处理电路,步进电机转动控制电路,结合C语言编程的太阳能采集控制程序,实现了对太阳能采集过程的自动追踪,达到太阳能采集的光电转换最大化,提高太阳能的利用率。

关键词:太阳能,采集,单片机,软件,自动跟踪。

1 引言随着经济发展和社会进步,人类对自然资源的开发程度加剧,面临资源枯竭的困境,人类对自然资源的需求越来越高,因此,寻找可循环利用绿色环保的新能源成为当务之急。

太阳能就是符合这一要求的,而且是取之不尽用之不竭的可再生新能源,合理开发并提高太阳能的利用率具有非常重要的意义。

目前,太阳能电池板装置安放位置大多是固定不变的。

而根据光伏电池原理,只有当阳光与电池板接收面照射角度为直角时,光电转化效率最高,因此目前太阳能电池装置转化效率较低。

自动追光控制电路以AT89C51单片机为基础,利用光电二极管检测光信号,步进电机及时控制转盘位置,能够精确追踪太阳,使太阳光在一天当中始终直射到太阳能电池板接收面上,最大限度的提高太阳能转化率。

此控制电路利用广泛,可在太阳能发电站、太阳能电池、太阳能路灯、太阳能热水器等方面使用。

2.太阳能自动追光系统设计方案图1 系统总体原理框图3.太阳能自动追光系统电路原理图如图2所示,该图为整体电路原理图,主要分为三个模块,电路正常工作时,先由光电传感器电路检测到光信号,经过转换电路输出高低电平信号。

单片机接收相应电信号,判断出是否检测到光,然后将控制信号输出到步进电机驱动芯片内,最后步进电机会根据相应控制信号驱动步进电机,从而控制步进电机的转速和转角,实现太阳能电池板实时追踪光心。

描述光源自动跟踪控制的基本原理

描述光源自动跟踪控制的基本原理

描述光源自动跟踪控制的基本原理
光源自动跟踪控制是指通过传感器检测周围光线强度的变化,并通过控制系统自动调整室内灯光的亮度和位置,以达到最优的照明效果。

其基本原理包括三个方面:传感器检测、信号处理和控制操作。

传感器检测是指利用光电传感器等设备,实时感知周围光线的强度和方向,将这些信息转化成电信号传递给控制系统。

信号处理是将传感器检测获得的电信号进行数字化处理,通过算法计算出当前的光源位置和亮度,以及用户的需求和场景需求,将这些信息传递给控制操作。

控制操作是根据传感器检测和信号处理结果,自动调节灯光亮度和位置,以达到最优的照明效果。

具体控制方式包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

光源自动跟踪控制技术的应用范围广泛,可以应用于办公室、医院、学校、工厂等各类室内场景,提高了照明效果和舒适度,节约了用电成本,同时也符合节能环保的要求。

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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

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。

2-点光源跟踪

2-点光源跟踪

点光源跟踪系统摘要:本系统是以单片机的最小系统为控制核心,分为点光源、信号采集、信号放大、步进电机和人机交互模块等部分。

该系统通过控制步进电机正反转来追踪在一定范围内移动的点光源;当支架用手动方式沿着以跟踪系统为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于±45º的范围内移动,也可以沿直线以该圆的一个切线移动,该追踪系统都能锁定点光源的位置。

一、方案论证和比较a)信号采集元件的选择方案一:利用光敏电阻在不同光照强度下电阻阻值随光照强度的增强而减小的原理来提取信号。

光敏电阻比较稳定,能够很好的把光信号转变为电信号,而且经济适用;但其反应不够灵敏,而且受周围环境温度的影响比较大。

方案二:使用光敏二极管作为采光元件。

当遇到外界光照时,光敏电阻内PN结的电子和空穴会增多从而其值会下降。

它感光性能良好,稳定而且反应速度快;但是其电流值太小,不便于信号的提取,后级需要很大的信号放大,这样就导致误差增大。

方案三:使用光敏三极管作为信号提取原件。

光敏三级管不仅采光性能灵敏稳定,而且其本身就具备电流放大作用;如果仍不能达到要求可以使用达林顿光敏三极管来放大电流。

综合考虑上述三种方案,我们最终选择方案三。

b)电机的选择电机是整个系统的动力源,而题目并没有规定使用何种电机,所以在系统设计之初首先面临的一个问题便是选用什么电机。

方案一:采用直流电动机。

直流电机输出功率大,带负载能力强,驱动电路简单,但精确控制直流电机转动角度不易实现。

方案二:使用步进电机,步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

给电机加一个脉冲信号,电机就转过一个步距角,具有较强的快速启停能力。

其控制特性如图所示。

θ= ck ,其中θ为步进电机的角位移量,k 为脉冲数, c 为常数。

这一线性关系的存在,使得步进电机只有周期性的误差而无累积误差,这一特性是整个系统方案的基础。

我们采用的是四相八拍步进电机。

C)电机驱动模块的选择方案一:直接用单片机输出四相脉冲来控制L298驱动步进电机正反转,当顺序为A-B、B、B-C、C、C-D、D、D-A时,步进电机正转,当顺序为A-D、D、D-C、C、BC-B、B-A、A时步进电机反转。

光源自动跟踪系统

光源自动跟踪系统

光源自动跟踪系统F题
高职高专组
一、任务
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。

光敏器件
80CM
图1 光源跟踪系统示意图
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。

在循迹小车上设置一个激光笔的靶牌,靶牌为同心圆周,中心圆点为直径1mm圆点,外围为5个间距1cm的同心圆,圆圈线条宽度1mm。

光源跟踪系统放置在A点,通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置,并用激光笔照射到循迹小车上的靶牌上以指示光源的位置。

二、要求
1.基本要求
(1)小车置于C点,将激光笔光点调偏离点光源中心5cm时,激光笔能够尽快指向靶牌中心(10S内完成)。

(2)在激光笔基本对准光源时,以A为圆心,将循迹小车沿着圆周从C到D 移动,激光笔能够连续跟踪指向LED点光源(20S内完成)。

(3)跟踪完毕,小车在D点停留5S后关闭LED。

(4)灭LED后小车自动返回到C点(10S内)。

2.发挥部分
(1)将光敏板,转向D点,小车放于C到D圆弧的任一位置,光敏板和激光笔能自动旋转,将激光点指向靶牌。

(10S内完成)。

(2)在基本部分2中,可以显示小车运行时间。

(3)能适时显示靶牌旋转的角度,以A为圆心,C点为0度,D点为180度。

(4)其他。

三、评分标准。

3 光源自动跟踪系统课程设计解答

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。

点光源跟踪系统课程设计

点光源跟踪系统课程设计

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。

赛题2点光源追踪系统

赛题2点光源追踪系统

赛题2点光源追踪系统
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。

B
A
图1 光源跟踪系统示意图
光源B 使用单只1W 白光LED,固定在一支架上。

光源跟踪系统A 放置在距离光源1000mm的位置,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。

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
(4)增大点光源B与追踪装置A之间的距离,追踪装置仍然能达到追踪要求(5)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;
(6)其他。

三、说明
1.作为光源的LED 的电流应该能够调整;
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.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环境。

四、评分标准。

自动跟踪光照系统

自动跟踪光照系统

一.前言本文介绍一种可有广泛用途的自动跟踪光照系统,该产品可利用取之不尽、用之不竭的太阳能来为人类的工农业生产和办公居住生活服务。

当今世界,石油、煤炭资源日趋紧张,能源价格节节攀升,不可再生资源的快速减少所形成的能源危机给包括我国在内的很多国家造成巨大的压力。

人们不得不需要寻找新的替代能源和制定安全的能源对策。

利用太阳能是我国新能源政策的一个重要方面。

自动跟踪光照系统就是一个利用太阳能的产品项目。

它利用光机电一体化技术采集太阳光并将光线投放到需要的地方或空间,为人们提供改善照明、取暖、绿化、促进农作物生长等应用服务,在提高农业、林业、种植业产量和绿化美好城市环境、提升人们生活质量等领域有着广泛的用途。

二.工作原理与产品设计以下给出的是本产品的设计框图。

系统主要由光敏电路、CNC电路、伺服驱动电路、伺服电机、减速器、采光板组成。

其工作原理是从太阳的升起时,到太阳西落时这段有太阳照耀的时间里,采光板会在伺服电机的驱动下自动跟踪太阳的转动轨迹,并保持以最佳的角度将太阳光折射到需要的地方或空间去,从而发挥太阳光提供的能量作用。

其最大的特点是全天自动跟踪,可随心所欲定向投放阳光,投放量的大小可通过控制采光板的面积和数量任意选择。

在城市或农村一个固定的使用场合,一年四季太阳的运动轨迹是固定的。

我们可利用键盘和CNC电路将对应于该轨迹的采光板的运动程序编制出来并存储于CNC装置中。

根据产品的应用目的,可编制四个程序(对应于春夏秋冬),也可以编制12个程序(对应于每个月份)。

当安装、调试完成后,一年四季采光板将会自动按照预定的程序指令进行转动,指定的地方或空间就会始终获得最好最充足的阳光,不需要使用者再去操作,非常方便。

对个别需要修正的情况,可通过键盘进行微调修正,修正结果会得到保存。

伺服驱动电路的作用是将CNC的指令信号放大,并驱动伺服电机旋转。

伺服电机通过减速器传递扭矩带动采光板转动。

由于采光板不需要连续运动,只进行间歇运动,故电力消耗不大,电源电路没有多大的负担,电耗很少。

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

基于单片机的光源自动跟踪系统设计王菊娇;罗宜春【摘要】采用AT89S52单片机构成的主控电路,利用光电传感器和红外传感器采集相关信息,控制小车循迹及光敏器件的检测,从而实现自动跟踪光源和声光报警功能。

通过对PWM波占空比的调节,控制循迹小车的行进速度,使其具有速度档位切换功能。

【期刊名称】《电子制作》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】1页(P12-12)【关键词】AT89S52单片机;光源跟踪;PWM调速【作者】王菊娇;罗宜春【作者单位】广西交通职业技术学院广西南宁 530022;广西交通职业技术学院广西南宁 530022【正文语种】中文1.1 主控电路选择方案一:采用FPGA构成的主控电路,具有体积小、稳定性强、运算速度快等特点,可以提供丰富的逻辑单元和I/O口资源,但成本较高。

方案二:采用AT89S52单片机构成的主控电路,支持ISP下载技术,操作简单、通用性强、性价比高。

综合分析,选择方案二。

1.2 电机驱动选择方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电机的分压,从而达到调速目的。

但电阻网络只能实现有级调速,数字电阻的元器件价格较高,而且一般电机的电阻较小,电流较大,分压会降低效率,而且实现较为困难。

方案二:采用L298芯片来驱动电机,其外围电路结构简单,且该芯片可以直接与单片机I/O口相连,易实现单片机的实时控制。

经比较分析,方案二具有电路结构简单且性价比高的特点,故选择方案二。

1.3 循迹方案选择循迹的原理:光线照射到路面并反射,黑线和白纸对光的反射系数不同,采用红外对管判断接收的反射光的强弱,从而控制小车循黑线轨迹行走。

方案一:由普通发光二极管及光敏三极管构成发射接收方案。

但该方案容易受到外界光源的干扰,有时甚至检测不到,虽然超高亮度发光二极管可降低干扰,但增加了额外的功率损耗。

方案二:采用红外线对管循迹,红外发射管发出红外光,遇到黑线后反射,再被红外接收管接收,在接收端输出高电平或低电平,单片机根据接收到的电平识别来确定黑线的位置,从而控制小车循着黑线行走。

2012春自动控制系统课设题目

2012春自动控制系统课设题目

自动控制系统课程设计题目题目1: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,电机电枢总电阻Ra=1.75欧,总电感La=2.83mH ,电机转子旋转产生的电动势Uv=Kv*W ,Kv=0.093,w 为转子角速度;电动机产生的电磁力矩为T=Kt*I ,Kt=0.09;电动机及负载的转动惯量J=30e-6;阻力矩为TL=B*w ,其中B=0.005。

要示:1) For personal use only in study and research; not for commercial use 2)3) 分析系统工作过程,建立数学模型,并画出结构图。

所用公式:dtdw JT T L e =- dtdI LaIR E U +=- 4) 系统跟踪阶跃响应的时间为0.5秒,超调量为小于5%,设计校正系统题目2:下面为单闭环直流调速系统原理图其中,A 为放大器,GT 为触发装置,UPE 为晶闸管三相桥式整流装置,M 为被控的直流电动机,TG 为测速发电机,Un*为给定电压信号,Un 为反馈信号,Uc 为控制信号,Ud 为电动机电枢电压,Id 为电枢电流,n 为电动机转速。

已知,放大器A 的放大倍数是Ka=21,GT 和UPE 总的传递函数为10167.044)(1+=s s G ,电动机的传递函数为1075.0001275.019.5)(22++=s s s G ,反馈环节可看做一个比例环节,比例系数为Ktg=0.02。

要求:设计调节器,使得系统稳定,并有足够好的动态性能,超调量小于20%,调节时间小于1S 。

题目3:磁盘驱动器必须保证磁头的精确位置,并减小参数变化和外部振动对磁头定位造成的影响。

作用于磁盘驱动器的扰动包括物理振动、磁盘转轴轴承的磨损和摆动,以及元器件老化引起的参数变化等。

下图为磁盘驱动器示意图和磁头控制系统框图:已知被控制对象(电机和驱动臂)的传递函数为)1000)(20(5000)(++=s s s s G ,传感器传递函数H(s)=1。

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3-光源自动跟踪系统课程设计解答
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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)
控制系统结构 (4)
光源检测模型 (4)
直流电机模型 (5)
三.性能验证和参数设计 (6)
根轨迹设计及频域分析 (6)
时域检验与速度信号测试 (7)
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
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.
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。

两个感光器受到的辐射强度只差可以反馈给电机驱动器中,用来作为电机的误差信号,使帆板转向正确的位置。

图3. 光敏元件工作原理图
设光敏元件产生的电压和光的正投射面积成正比,系数为k*,则:
*0*0*00*0*1cos(60)
2cos(60)
21(cos(60)cos(60))2sin 60sin 3sin sin v k v k v v k k k k k θθθθθθθθ
=-∆=+∆-=-∆-+∆=∆=∆=∆≈∆
即:帆板与阳光的偏角将产生成正比的电压差,经过放大后驱动电机转动.
直流伺服电机模块
若他励直流电动机工作在恒定励磁状态,通过改变电枢电压a U 进行转速调节。

其工作原理图如下:
图 4. 直流伺服电动机工作原理图 设输入信号为电枢电压a U ,输出信号是电动机转角θ,根据基尔霍夫电路定律,电动机电枢回路的运动方程式为:
()a a a a C di t L R i U V dt
+=- (5) c v a v d V k k dt
θω== (6) 式中,a L ,a R ——电枢绕组的电感和电阻;
c V ——电动机的反电动势;
v k ——反电动势系数;
a ω——电动机转速。

由题目已知,电动机电磁转矩为
*t a T k i = (7)
式中,t k 为电动机的力矩系数。

当电机空转时,其转矩平衡方程为
22d d T J B dt dt
θθ=+ (8) 式中,J ——电动机轴上的转动惯量;
B ——阻尼系数。

将式(1)~(4)联立,消去中间变量a i ,得到:
3232()()a a a a v t t d d d JL JR BL R B k k k U dt dt dt
θθθ++++= (9) 将(5)式作拉氏变换,且令初始条件为0,得到:
32()()()()()()a a a a v t t JL s s JR BL s s R B k k s s k U s θθθ++++= (10)
所以电动机的传递函数如下:
1()G s =12(
)()()[()()]
t a a a a v t k s G s U s s JL s JR BL s R B k k θ==++++ (11) 代入题目已知参数后,得到:
1321088339()710181342G s s s s
=++ (12) (4)开环传递函数
根据图2.控制系统结构图,可以算出系统开环传递函数如下:
321088339()710181342O k G s s s s
=++ (13)
三、模型检验
绘制根轨迹图和波得图
根据其开环传递函数用matlab 仿真,作出其闭环阶跃响应图,如图8.
图5 开环根轨迹图
图6 开环波德图
可见,可以调整增益达到系统要求,由调节时间和超调量计算公式,当K 取20时,可满足要求.
验证:
图7 单位阶跃响应图
对于最后一问,当太阳移动时,角度为匀速度变化,输入为斜坡信号,因此,用速度信号激励系统,得:
图7 单位速度信号的响应图
可见,系统存在稳态误差,可由公式计算得, ess=1/k0=181342/=.
检测电路模块(参考)
检测电路部分,采用半桥差动结构,如图3。

将两个完全相同的光敏传感器分别安装在帆板两边,当光线在一定范围变化时,两个光敏传感器检测到的光辐射强度会不相同,且帆板偏向受辐射少的一边。

差动结构用来作为电机的误差信号,使帆板转向正确的位置。

图3. 光敏检测电路图
可见,该电桥的输出电压为 11
10112212
()[]()()S S R U E S S S S R R +∆=-+∆+-∆+ (1) 试中,1S 为光敏电阻,1S ∆为光敏电阻变化量。

取121S S R ∆=∆=∆,为便于表达和计算,将光敏电阻变化量看成电阻阻值变化量。

1212S S R R ===,则得到:
101
R U E R ∆= (2) 而且0U 于1R ∆呈线性关系,且电压灵敏度比单臂高了一倍,能有效减少误差。

根据光敏电阻伏安特性,如图4
图4.光敏电阻伏安特性图
可见21R k θ∆=,(1θ为输入光源与帆板夹角)代入(2)式得到 021U Ek R θ
= (3) 根据光敏电阻伏安特性曲线,作光敏电阻阻值与偏转角度(1R θ-)对应关系图,如下:
图5.光敏电阻阻值与偏转角关系
根据图形可以看出当偏角为0度时,即光敏电阻没有接受到光源时,电阻R=2k Ω;
当偏角为60度,即光源垂直照射该系统时,电阻R=1k Ω。

所以公式(3)中,11R k =Ω。

取电源电压E=30V ,从图5得到2100k =。

所以021()3U G s θ=
=。

2.驱动电压放大模块
为便于计算,这里采用同相比例放大器。

如图6。

图6.驱动放大电路 同相比例放大电路放大倍数关系如下:
413
1R k R =+ (4)
选480R k =Ω,310R k =Ω则有1k =9。

设起传递函数为3()G s ,则有
31()9G s k ==。

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