学文网摘要：OPT101传感器芯片内部集成了光敏二极管和信号放大电路，具有较高的线性度和较宽的频带。该光源定位系统主要包括光信号检测电路、MSP430单片机控制电路和电机驱动电路，利用比较算法处理采集到不同角度的光信号变化，并控制电机动作实现光源的定位与跟踪。
关键词：OPT101 MSP430 光源定位
随着现代工业生产中自动化程度的提升，自动定位系统也得到了进一步的发展。很多情况下，利用自动定位系统来实现生产效率的最大化，比如在太阳能充电的路灯系统中。怎样快速高效的定位光源位置，并根据光源位置变化进行自动调整成为光源定位系统设计的主要问题。
光电式传感器采用光电元件作为检测元件的传感器，可以有效的将光信号的变化转化为电信号变化输出。常用的光电式传感器有光电管、光敏电阻和光敏晶体管等。由于光电检测的方法具有精度高、反应快、非接触等优点，光电传感器在实际生活中的应用不断加强，但传统的光电式传感器对测量环境条件要求较高，在环境条件较差的情况下其精度和分辨率会受到一定的影响。
OPT101型传感器是美国B-B公司研制的集成化的有源光电放大器件，该芯片内部集成了光敏二极管和信号放大电路，可以在单电源或双电源供电条件下工作。OPT101有响应速度快，线性度高，宽频带，灵敏度高等优点，在信号检测方面的应用不断加强。在该光源定位系统中，利用OPT101作为光传感器，将光信号转化为电信号，并利用MSP430F169单片机进行数据处理，控制电机转动，实现光源定位的功能。
一、总体设计
该光源定位系统主要是利用OPT101芯片作为光电传感器，将光信号的变化转化为电信号的变化，并经过数字化处理传至MSP430单片机。单片机将采集到的信息利用比较算法产生控制信号，经模拟化之后驱动步进电机，进行角度调整，就能较好的跟踪光源位置的变化。单片机模块是系统处理核心，此外还包括光信号采集模块、电机驱动模块、电源模块等。A/D采样和D/A变换则利用MSP430F169单片机内置的12位AD转换器和DA转换器。电源模块为系统工作供电。
二、硬件电路设计
1.光信号检测电路
光信号检测模块主要利用OPT101作为光电传感器，采集光信号的变化，并转化为电信号输出。OPT101为集成化芯片，内部集成了光敏二极管和信号放大电路，这使得在光信号采集过程中，系统的抗干扰性大大提高。其检测电路采用OPT101典型电路，在2号引脚和5号引脚之间加由1MΩ电阻和30pF电容并联而成的外部反馈网络。5号引脚输出电信号。这样，光信号的变化可以有效转化为电信号变化经5号引脚输出，且线性度较好。在光信号检测电路中，在不同角度分别用三个OPT101芯片采集不同角度的光信号强度和变化情况，以便于单片机利用比较算法对不同角度的光信号进行比较，产生控制信号驱动步进电机动作。
2.单片机模块
该系统使用TI公司生产的MSP430F169单片机。该单片机自带12位AD转换器和DA转换器，因此简化了数模转换和模数转换的电路。为减少基准电压对采样信号的干扰，保证采样数据的准确性，必须保证单片机基准电压相对稳定。因此利用美国德州仪器（TI）公司生产的TL431搭建了基准电路，TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值，电路结构简单，输出电压纹波较小。单片机模块在系统工作过程中起核心作用，综合分析采集的信号并产生控制信号。
3.电机驱动
数字信号经过单片机程序处理之后，由模数转换器输出模拟信号，并经过电机驱动电路，实现控制电机的动作。电机驱动电路采用L298N芯片，它是一种恒压横流桥式2A驱动芯片，可以直接用单片机的IO口提供信号，而且电路简单，使用方便。
三、控制算法设计
系统的控制算法主要是对AD转换后的数字量比较分析，以产生控制信号。具体工作过程如下：
1.系统上电后，单片机进行初始化，首先对全局变量cnt付零值，此时步进电机处于相对零角度。cnt为相对零度偏转角变量，步进电机正转一步则加一，步进电机反转一步则减一，当cnt的绝对值超过设定值时，步进电机快速恢复到相对零角度，进行复位，并准备下次动作。
2.复位后，单片机首先检2号OPT101输出端是否为高电平，如果成立，则说明系统正对光源，单片机进入中断程序，控制电机不转，并不断检测2号OPT101输出端电平高低，一旦变为低电平，说明此时光源发生移动，系统不再正对光源，单片机跳出中断。
3.单片机程序跳出中断后，采样1号OPT101和3号OPT101的输出电压高低。当1号输出电压大于3号时，说明光源处于偏向1号的方向，单片机控制步进电机逆时针旋转；当3号输出电压大于1号时，说明光源处于偏向3号的方向，单片机控制步进电机顺时针旋转，从而达到跟踪光源的目的。在旋转过程中，如果2号中间传感器正对光源，此时2号传感器输出高电平，从而触发中断程序，使步进电机停止转动。
4.重复上面的步骤，实现系统的连续工作。
四、结语
该系统利用OPT101传感器芯片的线性度好、分辨率高和抗干扰性能强的优点，实现在较好的光源跟踪和定位。此外，MSP430单片机具有超低功耗的优点，可以进一步加强其在工业生产中的应用。随着传感器的集成化程度的加强，该系统也有待于进一步提升其稳定性。
参考文献：
[1] 俞涛,林晓珑,王***等.基于光电放大器OPT101的石油闪点信号检测和提取方法[J].大庆石油学院学报.2004.28(01):67-69.
[2] 沈建华,杨艳琴,翟晓曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社.2004.
[3] 吴运昌.模拟电子线路基础[M].广州:华南理工大学出版社.2004.
转载请注明出处学文网 » OPT101在光源定位系统中的应用