激光枪自动射击报靶装置

[1] 沈建华等著， MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M]，北京：北京航空航社，2010

[2] 华成英, 童诗白著，模拟电子技术[M]，北京：高等教育出版社，2006年

[3] 阎石著，数字电子技术基础[M]，北京：高等教育出版社，1997年

[4] 沈建华等. MSP430系列16位超低功耗单片机实践.清华大学出版社，2005.4

[5] 刘刚，彭荣群著. Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计[M]. 北京：电子工业出版社2007

[6] 鹿玉红，戴彦，江培蕾. 基于PROTEUS的DS18B20数字温度计的仿真实现[J]. 福建电脑，2010，(1)：117-118.

2012年TI杯四川省电子设计竞赛

激光枪自动射击报靶装置（E题）

【本科组】

时间：8.5－8.7

编号：XS-13-本-E

摘要：本设计采用MSP430F169单片机和MSP430G2553单片机作为控制核心，系统主要包括电源模块、步进电机驱动模块、摄像头采集模块、激光发射模块、LCD12864报靶装置和按键控制模块显示装置电路。主要控制整个系统实现了按键控制及自动定位打靶，从任意位置迅速击中靶心，并使用摄像头采集打靶数据，通过单片机以处理后，用LCD12864显示打靶环数，图像和方位。通过实验表明：该系统达到了设计的各项要求。

关键词：MSP430F169单片机；MSP430G2553单片机；步进电机电机；OV6620FIFO摄像头；激光头；独立按键键盘；LCD12864

1.系统方案设计，比较与论证

根据题目基本要求，设计任务完成按键控制打靶，自动定位打靶，摄像头对打靶情况采集，并用单片机处理后，在LCD12864液晶显示屏上显示打靶结果。为完成相应功能，，系统由MSP430G2553单片机，电源模块，电机驱动模块，激光头打靶模块，摄像头模块及LCD12864显示模块构成，系统方案如图1所示

MSP430f169单片机最小系统电机驱动模块激光头模块

电源模块

按键控制模块

LCD12864模块

摄像头模块

MSP430g2553单片机最小系统

图1 系统框图

1.1控制模块方案论证

方案一：采用TI公司的msp430f169，msp430g2553单片机作为控制器。相对于本设计题目设计来说，由于采集和打靶硬件问题，我们需要用到两个单片机。msp430f169单片机工作频率高，功耗低，I/O口多，性价比高，相对于本设计题目来说，需要较多IO口，及优越的Flash，m430g2553单片机，使用超低功耗，符合题目设计要求。

方案二：采用TI公司的AT89S52单片机，但51单片机处理速度慢，功耗相对较高，且不符合题目要求。

通过上述描述表明，方案一优于方案二，我们选择第一种方案。

1.2电源模块的方案论证

方案一：双电源供电。电动机驱动电源采用12V稳压电池，单片机及其外围电路电源采用5V钮扣电池供电，两路电源完全分开，这样做可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性。但是造成了电池资源的浪费，使花费增大。

方案二：所有器件采用单一电源(12V)供电，通过7812稳压输出提供给需要12V的地方，通过2596稳压输出提供给需要5V的地方,通过LM1117输出3.3V

电压给无线模块。这样供电简单方便，而且使电池充分的应用，节约了资源。

我们认为本设计的性价比和方便性更为重要，故拟采用方案二。

1.3电机驱动模块。

方案一：中功率三级管直接搭建

在电机驱动要求不高的地方可以由三极管直接搭建一个驱动电路，使用三级关搭建的电机驱动电路电路简单，但功率和性能一般。对输入信号要求较高，输出性能只能满足一般要求。

方案二：使用专用电机驱动芯片ULN2003

ULN2003的驱动能力强，输入电压可变化范围大，是一块专用直流电机驱动芯片。其各项性能都较好，且价格便宜，体积小，性能优越。

综上考虑，两个步进电机使用方案二。

1.4数据采集电路的论证与选择

方案一：摄像头采集图像信号进行图像分析

由摄像头采集图像信号，通过采集到的图像信号进行图像分析，然后计算出击中光点所在位该方案具有信息精确度高、抗干扰性强等优点。

方案二：使用光敏电阻对击中区检测

由光敏电阻加上一些辅助电路实现击中光斑的识别。由于靶场由白底和黑色的引导线组成，光敏元件可以在黑色和白色区发光区域识别，检测到光，电阻值变小。该方案具有电路简单，成本低廉，但干扰较大，信息精度低。

通过比较，本设计采用方案一。

1.5报靶电路模块的论证与选择

方案一：采用语音方式报靶

通过喇叭及一些辅助电路通过单片机控制，根据摄像头采集，控制芯片处理得出的数据，用喇叭方式进行语音报靶，但这种方式硬件制作相对复杂。

方案二：使用LCD12864显示报靶

由单片机控制LCD12864，根据采集处理到的数据，在12864上画图显示，并报靶，该方案具有电路简单，成本相对语音方式低廉，且显示结果精准。

通过比较，本设计采用方案二。

1.6按键控制模块的论证与选择

方案一：采用独立按键控制激光笔的转动，以实现准确打靶。独立按键，使用方便，且电路简单。

方案二：采用矩阵键盘控制，但根据实际需要，矩阵相对资源浪费，且编程相对复杂。

综上比较，我们选择方案一。

2.理论分析与计算

2.1定位打靶及控制分析

2.1.1按键控制打靶

使用一个独立按键键盘，控制两个步进电机的转动，以第一个电机实现激光笔的上下，第二个电机实现左右移动，通过激光笔的转动，实现打靶位置的移动，最终实现按键控制打靶，同时分配一个独立按键，实现模式切换，实现自动定位打靶。

2.1.2自动定位打靶

通过按键先控制，确定任意打靶位置，并进行定位，实现15秒内瞄准击中靶心。