嵌入式系統在大射電望遠鏡5米模型上懸索控制中的應用

摘　要：介紹了ARM9和嵌入式實時操作系統μC/OS-II在大射電望遠鏡5米模型上懸索控制中的應用。介紹了基于ARM9處理器(Atmel公司的AT91RM9200)的觸摸屏、LCD等電路的設計。分析了用AT91RM9200產生6路獨立的PWM信號的方法。給出了在嵌入式實時操作系統μC/OS-II下的多任務應用軟件的設計實例,并成功實現了六軸聯動。

關鍵詞：ARM9 μC/OS(MicroC/OS) RTOS 六軸聯動

“大射電望遠鏡FAST(Five hundred meter Aperture Spherical Telescope)預研究”是中國科學院知識創新設計方案[1]。通過六根懸索驅動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。為驗證方案的可行性,實地已建造了50m縮比實驗模型。現由于實際需要,還建立了5m縮比實驗模型(以下簡稱FAST 5m)。5m縮比模型的饋源艙一級粗調由自動調整和手動調整組成,自動調整由工業控制計算機實現,手動調整主要目的是把饋源艙調到指定位置,為自動調整作準備。手動調整分為點動調整和精確調整兩部分。為了調整方便,需要LCD和觸摸屏,并要求較高的實時性,加上復雜的控制程序,這就需要更高的CPU處理速度和更大的系統內存,因此選用32位ARM處理器并且使用嵌入式實時操作系統。本文詳細討論AT91RM9200和μC/OS-II在5m縮比模型的一級粗調中手動調整的運用。

1 系統硬件的組成

現FAST 5m試驗模型只用一個控制柜,控制六臺交流伺服電機調整六根索來控制饋源艙的位置,類似于六軸聯動。需要六路獨立的脈寬調制信號(PWM),整個硬件框圖如圖1。

圖1 系統硬件總體框圖

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控制的ARM9處理器,它基于ARM920T內核, 工作在180MHz頻率下,運算速度可高達200MIPS[2]。AT91RM9200集成了豐富的系統外圍和應用外圍及標準的接口,集成了高速片上SRAM和低延遲的外部總線接口(EBI)。高級中斷控制器(AIC)、外圍數據控制器(PDC)、電源管理控制器(PMC)集成了USB2.0接口、以太網10/100 BaseT MAC控制器,這些接口極大地擴展了外部器件的種類[3]。
 
AT91RM9200 內部只有16KB的SRAM,遠遠不能滿足應用程序的要求。為了能運行嵌入式操作系統和運用程序的要求,需要擴展外部SDRAM及Flash。

1.2 LCD和觸摸屏接口電路
 
在FAST 5m模型手動調整中,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