基于MSP430F169单片机实现光电跟踪装置设计方案
引言
MSP430 单片机具有集成度高、嵌入模块多(如12位ADC、16位定时器等)、超低功耗等特点，在许多领域内得到了广泛的应用。对于一个伺服系统，要经过信号的采集、转换、信号数字处理、信号控制等环节来完成指定任务。信号的采集过程和处理是一个重要的环节，基于MSP430 光电跟踪伺服系统，一方面利用MSP430单片机外设多的特点，尽可能使用一片芯片，实现信号的采集、定时处理、PID算法、PWM 驱动，实现高精度测量的跟踪，另一方面，利用低功耗的特点实现小型化。
1 光电跟踪的基本原理
MSP430F169控制的光电跟踪伺服系统示意图如图1所示，其特点是采用MSP430F169作为中央处理单元和控制器。
系统通过一个四象限光电探测器，其可探测到的波长范围是380~1 100 nm,当波长为940 nm时，输出的光功率达到峰值。四象限探测器特性曲线图如图2 所示。四象限探测器的感光面的对称中心与直角坐标的零点O 重合，其正交方向分别对应x 和y 坐标轴，并将感光面划分为四个象限阵元，四象限探测器原理示意图如图3所示。根据跟踪光斑在四象限的感光量不同，可以计算出跟踪目标的偏差。当跟踪光斑中心与四象限中心重合时，对应着探测器的每个象限接收到的光信号强度相等，经计算处理后得到的偏差信号，即误差信号为零，以确定跟踪对准。根据四象限探测器的特点，四象限接收到光信号后转换成四路电流信号输出，通过I-V 转换电路，将电流信号转换成四路电压信号Ex1 ,Ex2 ,Ey1 ,Ey2 ,将电压信号进行滤波及放大处理，利用MSP430F169内部的AD转换器采集数据，将采集到的电压信号经运算并归一化处理，然后采用自适应PID 算法，计算出坐标偏移量Δx 和Δy ,并通过定时器产生PWM波的占空比来调节电机的速度，使电机能够平缓地到达目标位置。
2 硬件部分设计
硬件电路结构可分为：电源模块、控制模块、四象限探测器与成像模块、信号预处理、驱动电路等部分。
2.1 电源模块
整个系统采用 5 V 作为主供电系统，为了保证数字系统的 3.3 V电源供电，使用LM1117电压调节器得到纹波抑制比高的电压输出，如图4所示。
