基于TI器件的点光源跟踪系统

在上一篇博文中写了LED灯亮度控制模块，下面记录下寻光模块。

首先说明下传感器的选择，供选方案有：

1. 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。

2.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。

3.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。

4.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

5.光敏传感器：典型的有TI产品opt101，但是应用于本系统中需要四个，性价比不高

综上考虑最终选用第四点方案。

应用电路图如下图所示：

图1 寻光传感器模块

    图中Q1为光敏三极管，其具有放大光电流的作用，因此灵敏性能良好，经过R1采样将电压值输出，在经过LM324进行放大从而达到单片机可以接受的电压范围，调整R4的阻值从而调整放大的倍数，因为处理传感器的数据本系统选用的是LM3S1138，采样可以接受的电压上限为3.3V，因此在调光时在指定的标准距离时使光源正对光敏三极管使得输出电压为2V，此为理论上限，因为设置过高的话难免由于特殊光照情况使得输出电压达到3.3V而使处理器损坏，为了安全考虑，最后加一级限幅电路，将电压控制在3.3V以内。PB3将信号输出给处理器AD采样，因为设置了八路传感器，通过两两对比和粗调精调可以进行对光源的定位和跟踪，具体传感器排布按照圆柱筒内上下左右各一，圆柱筒外对应各一，具体排布形状见报告中说明部分。

    为了排除外界可见光的干扰，比较好的方法是通过差动运放将外界环境消除，传感器反应的即是点光源引起的变化，同时通过放大范围的扩大此法也提高了电压检测的精度，但是调节两个滑变从而达到对应电阻比例相同则有些困难，具体电路如下图所示：

    在上一篇博文中说明的调光部分采用MSP430F1611作为主控制器，其任务是DA输出可变电压，并且通过按键可以步进0.1V，通过控制大功率管从而控制LED灯的亮度，并且通过差分采样将电流转换成电压测量，最终单片机内部算出电流值通过LCD予以显示。

    在此寻光模块中用32位处理器LM3S1138进行八路数据采集，其具有比单片机更快的处理速度，因此数据采集精确，能够以更快的速度进行数据采集的同时控制电机转动指定的角度，更好的提高了定位和追踪的准确度和灵敏度。

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