基于ARM的APT控制系統設計

空間光通信是以光波作為載波，在空間中進行信息無線傳輸的一種新型通信技術，其具有保密性高，抗干擾性強，通信速率高等優點，將會在衛星與衛星、衛星與地面控制站的無線通信領域發揮重要的作用，具有廣闊的應用前景。但是由于光波波束窄，空間環境又比較復雜，而給通信鏈路的建立造成了極大的困難，所以對于空間光通信，必須先使用一套捕獲、瞄準與跟蹤(Acquisition，Pointing and Tracking，APT)系統來建立和維持光通信鏈路。嵌入式系統具有高性能、低功耗、低成本的優點，使其在運動控制上的應用具有很大優勢，以ARM嵌入式處理器為基礎的控制系統現在已經得到了廣泛應用。針對目前衛星通信終端必須具有高實時性、高集成度、低功耗、體積小和重量輕等一系列特點，提出一種基于ARM 7嵌入式處理器為核心的APT控制系統。

　　1 APT控制系統組成

　　APT控制系統由PWM脈沖控制和產生模塊、RS 232串行通信接口模塊、光電編碼接口模塊及人機交互模塊組成，系統框圖如圖1所示。

　　核心控制芯片選用Philips公司生產的專用工業控制ARM芯片LPC2124。先由串口接收到由信標光圖像處理部分得到的光斑坐標值，通過位置跟蹤算法計算出輸出，PWM的控制量值，再由PWM產生模塊送出PWM脈沖到電機驅動器驅動電機，最終帶動轉臺指向目標位置。光電編碼器反饋回電機的速度信息到處理器，運用相應的控制算法可以將轉臺的運行速度穩定在設定值，防止電機因速度不穩定而擾動。在控制過程中，轉臺的運行狀態、速度和位置等信息皆可由LCD顯示，轉臺的運行速度、掃描步長等由鍵盤輸入設定。

　　2 硬件設計

　　2．1 LPC2124處理器簡介

　　LPC2124是基于一個支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-S CPU，是世界首款可加密的ARM芯片，并帶有256 KWord嵌入的高速FLASH存儲器和16 KB的SRAM，完全能滿足系統存儲空間的要求，故不需要外加存儲擴展，使系統更為簡單、可靠。內部具有UART，硬件I2C，SPI，PWM，ADC，定時器和比較捕獲單元等眾多應用部件，功能十分強大，遠遠能滿足APT控制系統的功能設計要求。3．3 V和1．8 V供電電壓可使系統保持低功耗，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構可使32位代碼在最大時鐘速率下運行，提高了代碼運行速度，獨特的16位Thumb模式可使代碼規模的降低超過30％，而系統的性能損失卻很小，提高了代碼的運行效率，大大降低了程序的優化難度。特別適用于工業控制、醫療系統和訪問控制系統。

　　2．2 電源電路

　　LPC2124的內核及片內外設供電電壓為1．8 V，I／O口所需電壓為3．3 V，而整個數字電路的供電電源為5 V，且通過78M05將電源5 V穩壓，故選用了LDO芯片LM1117MPX-3．3和LM1117MPX-1．8穩壓輸出3．3 V及1．8 V電壓，其電路如圖2所示。

　　2．3 RS 232接口模塊

　　通過串口獲取光斑的坐標值，由于系統芯片是3．3 V系統，所以使用MAX 3232進行RS 232電平轉換，其電路原理圖如圖3所示。

　　通過設置LPC2124控制寄存器U0LCR，UODLM和U0DLL來設置工作模式及波特率。