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1、所用 TI 公司（德州仪器 Texas Instruments）元器件清单：TMS320LF2407AOPA2340PATPS5430DDATPS5433IDRTLC5510SN74LVC4245摘摘 要要本设计采用TI公司（德州仪器Texas Instruments）DSP-TMS320LF2407A单片机作为控制核心，主要包括电源模块、无线模块、摄像头图像采集模块、液晶显示模块和语音模块电路组成。由双舵机控制激光枪；利用CCD摄像头作为传感器，通过采集图像识别灰度识别激光枪弹着点，并将信息传输到MC9S12XS128中；MC9S12XS128与TMS320LF2407A通过无线进行通信，D
2、PS主控制器通过通信接口完成寻迹、语音播报环数和方位、液晶显示环数及位置。其中可以通过键盘控制激光打靶，并且可以自动控制激光枪实现自动打靶。实验表明该系统基本达到了设计的各项要求。关键词：关键词： 自动 射击 识别 智能 ABSTRACTThis design uses TI (Texas Instruments Texas Instruments) DSP - TMS320LF2407A MCU as control center, including the power supply module, wireless module, camera, image acquisition mo
3、dule, LCD module, and voice module circuit. Controlled by the dual steering gears laser guns; CCD camera as a sensor, through the acquisition of image recognition grayscale identify the point of impact of the laser gun, and the transmission of information to MC9S12XS128; MC9S12XS128 and TMS320LF2407
4、A by the wireless to communicate to complete the look for the DPS host controller via the communication interface tracks, voice broadcast, ring the number and orientation, LCD ring the number and location. Which can be controlled through the keyboard with laser targeting, and can automatically contr
5、ol the laser guns to automatic shooting. Experiments show that the system has basically reached the requirements of the design.KEY WORDS : automatic shooting distinguish capacity1. 方案设计1.1 总体方案论证与比较1.1.1 核心控制电路的论证与选择方案一：FPGA 系统实现采用数字电路系统进行逻辑分析，其具有多进程，实时性高，响应触发信号快等优点，可以由目前比较主流的 FPGA 实现。通过 VHDL 语言编程，配
6、置 FPGA 内部逻辑门资源可以实现该设计的逻辑要求关系。但使用 FPGA 具有编程复杂和电路复杂的缺点。方案二：DSP 技术实现该方案基于 TMS320LF2407A 设计，运用 DSP 技术，通过摄像头采集光源进行图像分析。其为 TI 公司(德州仪器 Texas Instruments)推出的一款定点 DSP 控制器。其负责整个系统的控制，包括按键扫描，LCD 显示驱动，外置 DAC，ADC 驱动，大量数据处理等。它采用了高性能静态 CMOS 技术，减小了控制器的功耗；40MIPS 的执行速度提高了控制器的实时控制能力；集成了 32KB 的 Flash 程序存储器，高达 1.5KB 的数据
7、/程序 RAM，544B 双口 RAM（DRAM）和 2KB 的单口 RAM（SARAM） 。TMS320LF2407A 芯片集成了 16 通道 10 位 500ns 的高性 A/D 转换器；CAN2.0模块；串行通信接口（SCI）模块，16 位 SPI（串行外部设备接口）模块，WD（看门狗）定时器模块，基于 PLL（锁相环）的时钟发生器，高达 41 个可单独编程和复用的 GPIO（通用输入/输出）引脚，5 个外部中断（2 个驱动保护、复位和 2 个可屏蔽中断） ，电源管理具有 3 种低功耗模式等。 数字信号处理器(DSP)技术的发展为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有力的支持。由于
8、DSP 采用了多总线的哈佛结构、专用的硬件乘法器(一个周期内完成乘法和加法两种运算)、多级流水线操作和专用的 DSP 指令等方法使其获得了高速并行处理能力，能够实时地完成复杂的控制算法，所以，DSP 已成为高性能处理器的首选器件。因 TI 公司(德州仪器 Texas Instruments)推出的 DSP 控制器简化了外部控制电路，可靠性高，速度快、精度高，所以选第三方案。1.1.2 摄像头选择方案方案一：采用 CMOS 摄像头结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，但是 CMOS 信号时以点为单元的电荷信号，成像效果略有逊色。方案二：采用 CCD 摄像头其一般应用于高档数码设备中，
9、比 CMOS 成像效果好，颜色还原分辨率高，是以行为单位的电流信号，其更为精确。通过比较，选择方案二。1.2 选用芯片理由及介绍本设计中使用的主要器件为 TI 公司（德州仪器 Texas Instruments）制造，分别为单电源双路 CMOS 运放 OPA2340PA、开关电源芯片降压转换器TPS5430DDA、TPS5433IDR、A/D 芯片 TLC5510、CMOS 八路总线收发器和位移器 SN74LVC42451.2.1 TPS5430DDA：名称：TI 公司（德州仪器 Texas Instruments）开关电源芯片作用：为系统提供 3.3V 电压。特点：此具有 5.5V-36V
10、宽输入电压范围，高达 3A 连续（4A 峰值）输出电流。高效率，可达 95%，最低输出为 1.2V。内部置有慢启动电路，以实现过流保护，还设有电压反馈电路，以改善瞬态响应。并有固定 500K 的开关速率。1.2.2 TPS5433IDR：名称：TI 公司（德州仪器 Texas Instruments）非同步降压转换器作用：为系统提供 5V 电压。特点：具有 3.5V-28V 输入电压范围，可调输出电压低至 0.8V，支持最大 3A 电流输出，高效率，具有固定 570KHZ 开关频率，具有过压瞬态保护、限流保护。1.2.3 OPA2340PA：名称：TI 公司（德州仪器 Texas Instru
11、ments）单电源双路 CMOS 运放作用：制作电压跟随器。特点：轨对轨输入，轨对轨输出，并高速运转。宽带为 5.5MHZ，高压摆率为6V/us。2.7V to 5.5V 单电源供电，输出电压摆幅在 1mv,具有良好的动态响应。1.2.4 MC34063A：名称：升压转换器作用：为系统提供 12V 电压。特点：是一个含有所需的初级功能的控制电路 DC-to-DC 转换器.其在 3V-40V 输入电压下工作，工作频率也从 100HZ 达 100KHZ,该装置由内部温度补偿参考,最大电流可达 1.6A。1.2.5 TLC5510名称：TI 公司（美国德州仪器 Texas Instruments）A
12、/D 芯片作用：模数转换特点：它是一种采用 CMOS 工艺制造的 8 位高阻抗并行 A/D 芯片，可提供最小采样率为 20Msps 的。由于 TLC5510 采用了半闪速结构及 CMOS 工艺，因而大大减少了器件比较器的数量，而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。1.2.6 LM1881名称：视频同步分离器作用：可以从摄像头的视频信号中分离出行同步、场同步信号、奇偶场信号等特点：AC 耦合的复合输入信号，具有复合同步和垂直输出，水平扫描率 150Khz,边沿触发。1.2.7 SN74LVC4245名称：CMOS 八路总线收发器和位移器作用：将 3.3V 信号转为 5V 信号，控制舵机。给激光
13、供电。特点：采用先进的双金属 LVC4245 的 0.5 微米 CMOS 技术，其同相总线包含两个独立的供电轨，高输出驱动，使其信号从 3.3V 环境翻译到 5V 环境。2. 单元电路设计2.1 系统框图本系统主要由电源模块、激光发射模块、图像采集模块、控制电路模块、键盘模块、舵机模块、无线传输模块、液晶显示模块，语音模块组成。DSP 主控制机舵机模块键盘模块激光模块飞思卡尔芯片图像采集液 晶 显示器语音模块无线传输图 2-1.系统框图2.2 单元电路设计2.2.1 电源模块本电源模块首选由 TI（美国德州仪器公司）推出的开关电源转换芯片，以达到高效、稳定的特点。TPS5430DDA 稳压芯片
14、向 DSP 主控制器和液晶显示屏供电，DSP 主控制器通过 SN74LVC4245 升压至 5V 给激光枪供电；用 MC34063 升压到 12V 给摄像头供电；采用 TPS54331DR 升压至 5V 飞思卡尔主控芯片和舵机供电。这样分配的电源主要是考虑到了不同模块工作时对电源要求的不同，分配图如下：图 2-2.电源分配供给图1.TPS5430 输出 3.3V 电压图 2-3.TPS5430 输出 3.3V 电压电池电压SSN74LVC42455V摄像头激光枪舵机MC9S12XS128(飞思卡 尔主控芯片)DSP 主 控制器液晶显示屏3.3VTPS54331DRMC34063TPS5430D
15、DA5V12V2.TPS5433IDR 为提供 5V 电压图 2-4.TPS5433IDR 输出 5V 电压3.MAX34063 升压转换，输出 12V图 2-5.34063A 输出 12V 电压2.2.2 激光发射模块将激光笔改造成激光枪，并把它固定在双舵机上，与 DSP 主控制器相连。当DSP 主控制器给激光枪所接 I/O 口置高电平时，激光枪发射出激光；当 DSP 主控制器给激光枪所接 I/O 口置低电平时，激光枪关闭，停止发射激光。2.2.3 图像采集模块1.CCD 摄像头的选取本方案选取了 CCD 摄像头作为传感器，CCD 摄像头分为黑白和彩色，由于彩色摄像头的输出信号比较复杂，不易
16、采集处理，所以本方案采用黑白摄像头，通过识别灰度值来识别激光枪的弹着点，找出胸环靶上的位置。表 2-1 摄像头参数表摄像头型号JD13SOB影响制式PAL/NTSC像素PAL：537（H） 597(V)NTSC：537（H） 505（V）同步方式内置同步水平解析度380TV 线信噪比48dB(AGC OFF)电子快门1/50(1/60)-1/10000s背景光补偿自动视频输出1.0Vp-p0.25电源DC-12V25% (60mA20mA)图 2-6 CCD 外观同时，为了得到更好的视频信号，可以将一个电阻串入信号线以得到更高信噪比信号。2. LM1881 视频分离电路MC9S12XS128 要对摄像头输出的视频信号进行采集，必须将信号中的行同步信号和场同步信号分离出来，作为中断触发信号，使 AD 模块采集视频信号。LM1881 可以从摄像头的视频信号中分离出行同步、场同步信号、奇偶场信号等。图 2-7 LM1881 外观图 2-8 LM1881 电路图引脚 2 位视频信号输入端，经 LM1881 芯片处理，引脚 1
