基于msp430的巡迹打靶坦克系统设计

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1、基于MSP430的巡迹打靶坦克系统设计摘要：本设计是基于MSP430微处理器的巡迹打靶坦克。系统由主控模块,红外巡迹，寻光模块，声光报警，炮台驱动及坦克驱动,以及其他相关电路构成。主控模块通过接收红外对管返回的场地信号，经平滑滤波处理得到黑线位置，通过PID增量控制算法控制减速码盘电机实现快速准确巡线，同时接收光敏器件反馈的检测电压，通过高速AD采样并进行滑动滤波处理，结合位置PID算法实现光源精确跟踪。关键词：MSP430红外巡迹PID算法光敏器件1系统方案设计1.1系统硬件方案为了实现坦克沿靶场中预先设置的轨迹快速寻迹，同时以光电方式瞄准光靶，实现激光打靶

2、。本设计以MSP430微处理器为控制核心，采用红外对管采集路况信息实现巡迹，光敏电阻及光敏三极管检测光源并引导激光炮打靶。MCU光源检测键盘MCU红外巡迹电机驱动炮台控制声光报警系统总框图如下：串口通讯图1系统总体框图1.1.1巡线模块方案一采用CCD图像采集识别电荷耦合器件CCD(ChargeCoupleDevice)是一种MOS(金属-氧化物-半导体)结构的新型器件。它具有光电转换、信号存储和信号传输的功能，在图像传感、信息处理和信息存储方面应用广泛。方案二红外对管采用反射式LTH1550-01红外对管组成传感器阵列，红外发光管发出红外光线，光敏接受管接受

3、地面的反射光，接受管接受到的发射光强随地面反射物体的颜色不同而变化，传感器输出的电压值也随之而变化。方案选择方案一使用CCD的优点在于获取外界的信息量丰富，可以根据场上动态即时改变策略。但是其硬件结构复杂，数据量和运算量很大。方案二采用红外光电传感器阵列，近距离红外传感器体积小，可防止外部可见光线的干扰，红外线传感器阵列输出的数据量不大，适合采用单片机控制的系统，电路设计简单、性能稳定可靠。基于以上原因，本设计采用方案二。1.1.2寻光模块方案一光敏电阻光敏电阻器体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜，但测量不够灵敏。方案二光敏二极管光敏二极管线性好，响应速度快，

4、对宽范围波长的光具有较高的灵敏度，噪声低。但是单独使用输出电流(或电压)很小，需要加放大电路。方案三光敏三极管光敏三极管的光电流大，具有很高的灵敏度，聚焦型光敏三极管但对方向性要求非常高。方案选择由于实际测试场地坦克最大和光源的距离达到5m，而且光源与检测器件的相对位置不确定，需要重点考虑所选器件的灵敏度和方向性。经实际验证，光敏电阻的方向性好，可以用来判断光源的大致位置，光敏三级管比光敏二极管有更高的灵敏度，感光角度小，适合对光源精确定位。因此采用方案一和方案三结合的方法，先粗调再微调的方式来控制炮台寻找光源。1.1.3炮台驱动及坦克驱动电机选择方案一舵机舵

5、机直接接收PWM的控制驱动信号，控制方便，精度高，但是舵机功耗大，转角有限，速度较慢。方案二步进电机步进电机具有控制简单、定位精确、无积累误差等优点。但它在高速运行时扭矩小，而且启动频率低、噪声大、价格较高。方案三直流减速电机直流电机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，虽然定位精度不够，但加上编码器，用PID算法可以达到控制目的。方案选择基于上述比较分析，考虑电机的转角、精度和转矩以及成本，选择国产GB37Y3530直流减速电机作为坦克的驱动电机，最大驱动电流0.4A，输出功率3.1W。在炮台驱动电机使用上，为了使炮台转动更平稳，寻光定位更精确，将其

6、改装高减速比的减速箱并加装高精度的编码器作为炮台驱动。1.2系统软件方案18目前控制算法有人工智能、神经网络、PID、Bang-Bang等，各算法有自己的优缺点，各有适合运用的场合。由于坦克测试场地具有不定性，因此控制参数不定，得不到精确的数学模型，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，并且对电机的控制需要有极高的实时性和准确性，因此选用简单实用PID控制算法作为本设计的理论算法。1.2.1PID算法分析PID控制器对系统的稳定性、快速性和准确性有较好的调节作用。PID控制算法用于电机闭环调速是非常实用的。单片机作为PID控制器应使用离散增量式P

7、ID控制器。PID控制器的一般形式为：由于单片机是离散处理误差信号，根据采样周期，将转化为；将积分运算转化为求和运算；将微分运算转化为差分信号。由此推导出离散形式的PID控制器形式：离散PID控制器的Simulink控制模型见图2-2：图2离散PID控制器的Simulink控制模型根据上文给出的离散PID控制器，其中积分部分完全取决于以往所有的误差信号。计算，可以得出：增量PID控制器的Simulink控制模型见图2-3：图3增量PID控制器的Simulink控制模型综上所述，确定了PID控制器的数学模型。2具体硬件电路实现2.1光电红外对管电路18图4光电对

8、管检测电路如上图所示，R6起限流分压作