2012_ti杯_辽宁省_电子设计大赛_把持组_激光打靶.pdf

年 省赛区大学生电子设计 2012 15 TI杯竞赛论文 : E 课题 激光枪自动射击装置 （题） 指导教 ： 张云洲 参赛学生： 邓 迅 常韫恒 方 智 摘要： 为了满足激光枪自动射击装置的设计要求，设计了以微控制器为核心的控制系统 和算法。首先进行了各单元电路方案的比较论证，确定了硬件设计方案。激光枪 自动射击装置采用了摄像头进行激光枪落点识别，采用基于Cortex-M4 内核的微 控制器MK60DN512ZVLQ104 作为控制核心，该芯片具有主频高、存储空间大、 片内资源丰富等特性。通过舵机及PID 控制算法实现了对激光笔的精准控制。系 统显示单元选用了图形点阵式高速LCD12864，通过串行数据通信实现系统的调 试。实际测试表明，所采用的设计方案先进有效，完全达到了设计要求。 关键词：自动射击，摄像头，舵机 1、系统方案的设计与论证 1.1 系统总体框架 整个系统主要分为处理器模块、视频采集模块、MSP430 处理模块、激光笔控制 模块、液晶显示模块。各模块的系统框图如图1所示。 图1.1 系统模块框图 1.2 方案论证与比较 (1)控制模块 方案一：采用组委会提供的基于MSP430 单片机的LaunchPad 开发板。虽然 其具有功耗低、考性高、低成本等优点，但是结合本题实际情况需要选取高主频 大RAM 类型的单片机配合采集存储图像。 MK60DN512 32 ARM 512K 方案二：采用 是一款功能强大的 位 ，它具有 超 大RAM 能够满足我们视频采集的实时性以及精确度。配以简单可靠低功耗的 MSP430 微处理器进行对激光笔等外设的动作控制。 (2)激光笔控制方案 方案一：采用步进电机细分控制来对激光笔的角度进行调节。虽然能实现对 电机实现较为精准的控制，但是考虑到步进电机较为笨重且需驱动电路以及较为 复杂 1 - - 的控制程序，故放弃此方案。 方案二：采用舵机进行激光机的指向控制。舵机相比步进电机具有控制程序 简单、不需要驱动电路等优点。虽然其具有一定死区精度与采用细分控制的步进 电机相比较低，但经过分析本题中胸环靶较大采用舵机控制精度完全符合本题要 求。 基于上述理论分析，我们选择方案二。 (3)着弹点采集 方案一：采用红外传感器。由于红外传感器的分辨能力十分有限及时采用多 个传感器也无法实现次功能。故放弃此方案。 方案二：才用摄像头对胸环靶图像进行实时采集。该方案具有分辨精度高、 实时性较好等优点。故最终采用此方案。 (4)显示系统方案 方案一：采用普通LCD12864 进行显示。此种液晶虽能实现本题要求，但 是其刷新速度较低，无法实现整幅图像的实时更新 方案二：采用高速LCD液晶显示器。次LCD有明显的优点：显示速度极快、微 功耗、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适，使整个控制系统更加人性化。 在实际使用中能够实现采集图像的实时同步显示。 因此，决定选用方案二。 1.3 方案描述 综合以上各部分的比较结果，决定以 MSP430 微控制器为核心，由 MK60DN512 实现对图像的采集以及处理通过舵机控制激光笔的指示方向，由摄 像头采集胸环靶上激光点位置，最终由LCD12864 进行显示，并通过ISD1730 语音芯片进行语音播报环数以为着弹点方位。 2 理论分析