光电跟踪伺服系统研究方案

研究设计中利用光敏感器件对特定光波长范围的光信号敏感原理，将四象限光电位置

探测器与

MSP430 系列单片机相结合，根据四象限光电探测器输出电压与光斑位置的线性

关系，通过数字

PID 闭环控制输出电压调节单片机输出 PWM 的占空比来实现精确稳定的

搜寻和小范围跟踪目标。

　　

0 引言

　　光电跟踪系统是以光电器件（主要是激光器和光电探测器）为基石，将光学技术、电子
/微电子技术和精密机械技术等融为一体，形成具有特定跟踪功能的装置。

　　目前国内外较先进的光电跟踪系统多以激光测距仪、电视跟踪仪和红外跟踪仪三位一体
为核心构成。采用机械方法实现跟踪系统控制起来还不太灵敏。对于一个光电追踪系统，一
般通过目标识别、位置信号检测、位置信号处理、

PID 伺服控制计算、驱动控制、位置反馈、目

标不间断跟踪，完成特定跟踪任务。而与之配套的目标识别检测处理与

PID 伺服控制实现

是非常重要的部分，是保证整个系统能否正常工作的关键。

　　为更好地实现精确的跟踪伺服系统，本方案中使用

MSP430 单片机完成对目标定位跟

踪的

PID 闭环控制，采用 S066A 的国产四象限探测对目标进行识别跟踪定位。MSP430 单片

机是美国

TI（德州仪器）公司近年推出的 16 位高性能混合信号处理器。由于它具有处理能

力强、运算速度快、集成度高、外部设备丰富、超低功耗等优点，因此在许多领域内都得到了
广泛的应用。

S066A 国产四象限探测器光谱响应范围在 400~1 100 nm，它的峰值波长为 940 

nm，它具有较高的灵敏度和精确度，广泛运用于位置检测，光学定位，距离探测等方面。

　　本研究方案的意义在于一方面对四象限探测器件以及新式低功耗高集成的微处理器的
使用和推广；另一方面探索一种新的机械对准结构设计以及为低成本跟踪系统的研制提供
一种可行性方案。

　　

1 总体设计方案

　　整个系统的设计如图

1 所示，主要由机械传动设计和系统电路设计两部分组成。