基于红外线的目标跟踪与无线测温系统

基于红外线的目标跟踪与无线测温系统（本科组E）一、任务设计一个长×宽为200mm×180mm可万向自动旋转的红外线跟踪定位仪A和一个红外线发射器B，系统示意图如下。A与B之间无线连接，采用无线通信方式进行数据双向传输。发射器B端利用白炽灯（0～200W可调）模拟热源，B端直接检测温度，就地实时显示温度，并能通过无线通信将温度传输给A；跟踪定位仪A能实时定位跟踪发射器B，当达到定位精度要求时，A向B发送温度传送指令，并实时接收B点温度，显示并存储温度；测试结束后可打印全部测试时间段的数据和温度曲线。A中“”表示红外接收器，位置和数量自定；A、B间距离要求在1000mm～2000mm。二、要求1.基本要求（1）跟踪仪A的接收面绕X轴旋转的角度大于150°，小于180°，A绕Y轴旋转角度大于330°，小于360°。A在任意非初始位置时，按复位键能自动复位。A能搜索和定位目标B（B在工作空间内随机设置）。（2）B端设置0～200W功率可调的白炽灯（现场供电220V），设计功率调整单元。根据测试要求可在0～200W范围内任意设定白炽灯功率。在白炽灯灯座处安放温度传感器，设计温度检测显示与无线通信传输单元。（3）在工作空间内根据测试要求，将B设置在3～4个不同的位置，同时在B端设置不同的加热功率。其间，跟踪仪A能自动搜索与定位B（时间≤60秒）。定位精度要求：A的法线方向与目标B之间的定位角度X与Y两个方向均不大于30°。完成定位后（达到定位精度要求），A端有声光提示，A向B下达温度传送指令，并定时接收存储由B端送来的温度数据，实时显示现场温度与定位时间，打印测试数据。2.发挥部分（1）在基本要求中，跟踪仪A的搜寻定位时间≤10秒，定位精度≤10°。（2）跟踪仪A具有实时跟踪功能，即目标点B在距离跟踪仪A1000mm～2000mm的某个距离上，瞬间快速移动300～400mm，A能实时跟踪，定位精度≤10°，跟踪时间≤5秒，实时显示跟踪时间。（3）B沿X轴或Y轴某一方向运动，A跟踪达到极限位置时自动停止。当目标B失踪时，A端具有目标丢失显示功能，即显示：“XLOST”或“YLOST”。（4）根据测试数据打印温度曲线。三、评分标准项目得分基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、程序清单及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。50实际制作完成情况50发挥部分完成第(1)项10完成第(2)项20完成第(3)项10完成第(4)项5其它5红外线的目标跟踪与无线测温系统的方案设计硬件部分的设计（1）在跟踪仪的底部和左部使用步进电机，因为步进电机上电后可以锁死。可达到定位的目的。步进电机的选体积较小、力矩较大的电机。（2）为达到题目要求，可以准确复位，在底部电机的边上装一个轻触开关，使用外部中断方式可以使跟踪仪准确回到起始位置并且到达终点位置。（3）考虑到左边的电机若使用轻触开关的话，可能力矩不够，无法压下开关的触片，所以打算使用红外对管来使左边的电机准确定位。（4）在跟踪仪的上面使用五个高灵敏度的光敏三极管，因为在发挥部分要求在5秒内准确定位，多加一个光敏三极管是为了达到快速定位的目的，以减少定位的时间，而四周边上的光明三极管是为了跟踪光源的走向而设计的。（5）红外发射器采用功率可调的白炽灯，采用双向可控硅来调节白炽灯的功率，直接使用PWM波控制晶闸管的导通。（6）对于红外线发射器的移动，采用手持移动。已有的模块（1）矩阵键盘（2）无线模块（3）MP3模块软件方案的设计（1）采用单片机内部集成的AD转换，对光敏三极管进行电压采集，当采集到的电压达到最大值的时候即定位完成。（2）B点采集到温度后将数据通过无线发送会A点，A点将数据保存到数组或EEPROM，将采集到的温度值实时保存。（3）A点接收到数据以后，将数据显示以曲线的行驶显示在12864液晶上。（4）快速定位：按照发挥部分的要求，定位时间越短越好，所以在X/Y轴方向快速定位的时候，只选通正中间的光敏三极管，一旦检测到电压值减小，马上停止PWM波的输出。（5）当A点工作时B点移动时，先比较X轴左右的的光敏三极管采集到的电压大小，若左侧的电压值较大，跟踪仪就左移，然后在打开和中间光敏三极管开始检测。Y轴同理。（6）任务完成后，要求回到起始地点，则使电机往跟踪方向的反方向旋转，当进入到外部中断（与起始和终点位置的检测装置相连）后，停止电机的旋转。（7）定位完成以后，A点向B点发送指令，B点开始采集温度，然后发送数据回A点显示。（8）声光提示：采用MP3模块，使用语音播报，光显示采用多色可变发光二极管显示。遇到的问题（1）关于快速定位的问题：当不停的检测中间的光敏三极管的电压时，若检测到电压减少时停止电机旋转，这有个时间差，使得定位不准？（2）若是电机转动的频率越快的话定位就越布准确，两点有冲突？（3）关于定位精度，角度不好确定，需不需要使用角度传感器?那些定位角度偏差是自己使用角度传感器测量还是等老师去测量？（4）声光提示：如果使用MP3模块来提示定位完成和使用蜂鸣器提示是不是有优势？（5）如果在A、B点布工作的时候使单片机处于掉电模式来减少功耗，会不会有优势？（6）功率调节模块暂时想不到很好的解决方案。元器件清单序号名称封装备注1TA8435HZIP25-P步进电机驱动芯片2PC817DIP-4光耦隔离3MOC3061DIP-6高压光耦4BT137/138功率双向可控晶闸管5PT100温敏电阻