嵌入式系統(tǒng)在大射電望遠(yuǎn)鏡5米模型上懸索控制中的應(yīng)用

摘　要：介紹了ARM9和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II在大射電望遠(yuǎn)鏡5米模型上懸索控制中的應(yīng)用。介紹了基于ARM9處理器(Atmel公司的AT91RM9200)的觸摸屏、LCD等電路的設(shè)計(jì)。分析了用AT91RM9200產(chǎn)生6路獨(dú)立的PWM信號(hào)的方法。給出了在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II下的多任務(wù)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)實(shí)例,并成功實(shí)現(xiàn)了六軸聯(lián)動(dòng)。

關(guān)鍵詞：ARM9 μC/OS(MicroC/OS) RTOS 六軸聯(lián)動(dòng)

“大射電望遠(yuǎn)鏡FAST(Five hundred meter Aperture Spherical Telescope)預(yù)研究”是中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案[1]。通過(guò)六根懸索驅(qū)動(dòng)饋源艙完成饋源的大范圍跟蹤,保證饋源艙的定位精度在50cm以內(nèi)。為驗(yàn)證方案的可行性,實(shí)地已建造了50m縮比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀，F(xiàn)由于實(shí)際需要,還建立了5m縮比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?以下簡(jiǎn)稱FAST 5m)。5m縮比模型的饋源艙一級(jí)粗調(diào)由自動(dòng)調(diào)整和手動(dòng)調(diào)整組成,自動(dòng)調(diào)整由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),手動(dòng)調(diào)整主要目的是把饋源艙調(diào)到指定位置,為自動(dòng)調(diào)整作準(zhǔn)備。手動(dòng)調(diào)整分為點(diǎn)動(dòng)調(diào)整和精確調(diào)整兩部分。為了調(diào)整方便,需要LCD和觸摸屏,并要求較高的實(shí)時(shí)性,加上復(fù)雜的控制程序,這就需要更高的CPU處理速度和更大的系統(tǒng)內(nèi)存,因此選用32位ARM處理器并且使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。本文詳細(xì)討論AT91RM9200和μC/OS-II在5m縮比模型的一級(jí)粗調(diào)中手動(dòng)調(diào)整的運(yùn)用。

1 系統(tǒng)硬件的組成

現(xiàn)FAST 5m試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭挥靡粋€(gè)控制柜,控制六臺(tái)交流伺服電機(jī)調(diào)整六根索來(lái)控制饋源艙的位置,類(lèi)似于六軸聯(lián)動(dòng)。需要六路獨(dú)立的脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM),整個(gè)硬件框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件總體框圖

圖2 LCD和觸摸屏的接口電路

1.1 AT91RM9200及其外圍電路

AT91RM9200是Atmel公司推出的一款用于工業(yè)控制的ARM9處理器,它基于ARM920T內(nèi)核, 工作在180MHz頻率下,運(yùn)算速度可高達(dá)200MIPS[2]。AT91RM9200集成了豐富的系統(tǒng)外圍和應(yīng)用外圍及標(biāo)準(zhǔn)的接口,集成了高速片上SRAM和低延遲的外部總線接口(EBI)。高級(jí)中斷控制器(AIC)、外圍數(shù)據(jù)控制器(PDC)、電源管理控制器(PMC)集成了USB2.0接口、以太網(wǎng)10/100 BaseT MAC控制器,這些接口極大地?cái)U(kuò)展了外部器件的種類(lèi)[3]。
 
AT91RM9200 內(nèi)部只有16KB的SRAM,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)用程序的要求。為了能運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)和運(yùn)用程序的要求,需要擴(kuò)展外部SDRAM及Flash。

1.2 LCD和觸摸屏接口電路
 
在FAST 5m模型手動(dòng)調(diào)整中,采用了LG推出的LB06V2顯示屏TFT-LCD和觸摸屏,其面板尺寸6.4英寸,分辨率480