点光源跟踪系统_冯仰刚

13/2013

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点光源跟踪系统

冯仰刚 长安大学

【摘要】此系统能够检测并指示点光源位置，光源跟踪系统放置在地面，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。硬件部分有电源模块，LED光源模块，光强检测模块，步进电机及其驱动模块，激光笔，显示屏及STM32微控制器构成。软件采用均值滤波，以及PID调节算法。

【关键词】点光源；STM32；PID

点光源系统能够检测并指示点光源位

置的光源跟踪系统。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3cm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。

一、硬件设计

硬件部分有电源模块，LED光源模块，

光强检测模块，步进电机及其驱动模块，

激光笔，显示屏及STM32微控制器构成。

电源模块设计：开关电源输出12V，通

过LM2940转换成5V，在通过AMS1117-3.3V

转换成3.3V。电源模块电路图如图1所示。

图1 电源模块

图2 LED光源模块

LED光源模块电路由1W白光LED及其驱

动电路构成。主要构成器件是TI公司的LED

驱动芯片TPS61062、电压反馈运算放大器

OPA820作为全面集成的同步升压变换器，它

无须外接肖特基二极管就能够达到尺寸最小

的目的，所需的外部组建数量小。对该电路

进行分析并实际测试可得，改变Rs的阻值可

调节LED的电流。经检验可以达到电流300±

15mA，功率1W的要求。如图2所示。

光强检测模块由8个光敏三极管组成，

实际操作发现光敏三极管在不同环境感应出

来的值有很大差别，特别是受外界光照影响

比较明显。为确保单片机能捕捉到传感器的

电压变化，在每个光敏三极管发射极加一个

普通三极管。单个光敏三极管接收光线的电

路如图3所示。Q8为三极管C9013，能对光敏

三极管的电流起扩大作用，利于单片机捕捉

光敏三极管的变化。传感器布在一个十字交

叉电路板上，如图4所示。

图3 光敏三极管电路

图4 光敏三极管布局图

步进电机及其驱动模块采用UIN2003A

驱动。ULN2003A是一个7路反向器电路，即

当输入端为高电平时ULN2003A输出端为低

电平，当输入端为低电平时ULN2003A输出

端为高电平。

二、软件设计

根据各个功能模块画出结构框图，如

图5所示。

图5 系统结构图

程序开始运行，首先检测每个光敏三

极管的电压值，比较图5中 Q1，Q2，Q3，

Q4的AD值确定，水平平移方向。再根据

Q5，Q6，Q7，Q8的值确定竖直移动方向。

这里需要格外注意的是，认为相等的阈值

可能会有温漂的影响，注意调整阈值。程

序流程图如图6所示。

图6 程序流程图

三、实物展示

图7 实物展示图

作者简介：冯仰刚（1990—），男，江苏邳州人，大学

本科，现就读于长安大学。

察量概率分布，最后初始状态概率分布。

物联网的数据在马尔可夫链模型下，

想要预测将来可以通过当前的知识或信息

来获取。对于物联网中的数据在理想的情

况下，当设备的所有动力学特征跟测量过

程中都可以建立准确的模型描述，那么我

们就可以根据系统的状态估计和残差信号

的统计分析，采用各种方案实现故障分

类。对于大型的复杂系统，系统面对的大

部分分类观察量都会有随机的因素，因此

很难找到这样一个可靠的系统模型，可以

使用隐马尔可夫链模型检测。隐马尔可夫

模型是一种基于当前信息和知识的预测，

它的结果对物联网来说有很重要的统计学

意义，是一种实现数据挖掘的重要模式。

五、结论

物联网的数据挖掘模式大大改观了计

算机中信息传输的方式，物联网具有有改变

世界的潜能。由上可知，随着物联网技术的

发展，基于云计算的物联网数据挖掘模式，

可以解决物联网在数据挖掘方面的问题，不

仅可以解决数据存储中节点失效，还降低了

数据传输的时间，大大的提高了挖掘的效

率，使物联网系统能够真正的面向商业运

用，为企业的商业决策服务。

参考文献：

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作者简介：张旺军（1981—），男，现供职于福建泰克

通信有限公司，研究方向：移动通信系统。