而以太网具有运用广泛,价格低廉、多种传输介质可选、高速率、易于组网运用等优点,于因此太网作为该系统的现场总线技能非常得当。本文运用在50 m密云缩比模型根本上,选择嵌入式实时系统作为节点掌握器的操作系统,节点掌握器通过以太网吸收来自总掌握PC的命令,并根据命令内容掌握索网节点发生相应动作,并把索网节点的运行状况与状态通过以太网传输给总掌握PC,从而达到对全体反射面的掌握。
以太网掌握器总体设计
节点掌握器作为全体主动反射面掌握系统的基本掌握单元,起着非常主要的浸染。节点掌握器的紧张功能: 从总掌握PC收到掌握信息然后依据掌握信息的内容做出判断并掌握电机运动; 同时也会将电机的状态信息上传给掌握打算机。根据节点掌握器的功能,确定节点掌握器的设计方案,如图1所示。
图 1 节点掌握器系统框图
全体节点掌握器分为以下几个部分: 1电源管理模块: 将电源总线供应的电源转换为节点掌握器内部须要的标准电压,并将节点掌握器的电源与总线电源相互隔离,从而起到保护节点掌握器的功能。2主控芯片LPC2368及其外围电路模块; 3以太网通信模块: 紧张是由LPC2368的MAC模块、物理层 芯片DM9161、网络变压器HR601682和RJ45接口组成,是一种非常经典,并具有较高的稳定性与可靠性的以太网硬件接口.
4电机掌握反馈模块; 5上/下限位旗子暗记硬件部分: 是由安装在匆匆动器上的行程开相干接与断开来判断实行机构是否超出其运动范围; 6手动掌握模块: 紧张是根据硬件选择节点掌握器选择的事情模式,个中有LED指示灯用于显示当前选择的模式,手动功能只有在某种调试时才会利用,大多数情形下,节点掌握器均处于自动模式; 7数码管显示模块: 是在调试阶段便于不雅观察匆匆动器当前位置等干系信息确当地监控.
8数据存储与韶光模块: 由时钟芯片FM3130来实现,其具有数据存储和供应韶光信息两个功能; 9接口电路模块: 采取光耦将输入旗子暗记和输出旗子暗记将外部旗子暗记与掌握器内部电路相互隔离。10 RS-485电路模块是用于备用串行网络,它将在后期的网 络流量监测,网络性能剖析中利用。
掌握器硬件设计
节点掌握器作为全体索网反射面掌握系统的基本掌握单元,根据实际功能须要,硬件方面应具备以太网接口模块、网络通信模块电路、电机掌握电路、电机监测电路和时钟芯片电路等功能。掌握器电路板是实现掌握器功能的底层硬件平台。
主控芯片模块设计
节点掌握器的主控芯片采取NXP公司的基于ARM内核的LPC2368芯片。LPC2368内核为ARM7TDMI-S处理器,可在高达72 MHz的事情频率下运行,具有丰富的GPIO资源和外部中断资源,可作为掌握器零点、限位和电机掌握等多路旗子暗记的输入输出引脚。芯片内部集成了以太网MAC模块,外接必要的物理层芯片可实现以太网接入功能。同时该芯片的抗滋扰能力强,适宜在工业掌握领域的运用。
微掌握器LPC2368的最小系统电路,包括芯片供电电路,复位电路,晶振电路和程序下载电路4部分。LPC2368具有多组电源引脚,个中10个引脚须要3. 3V供电,同时要在电源脚和地之间接入0. 1μF的去藕电容,这样能够降落电路板因走线而形成的电源噪声,其余有8个引脚须要接地。LPC2368的复位为低电平有效,该电路具有上电复位和手动复位功能。晶振电源部分采取12 MHz的外部晶振,经芯片内部锁相环倍频后,LPC2368的时钟频率可达72 MHz。
时钟芯片电路设计
时钟芯片FM3130作为数据存储和实时时钟双重身份涌现,该芯片采取3. 3 V供电,在无备用电源时,电源下电,存储在非易失落性存储器中的数据不会丢失,但时钟信息将会丢失。上次的时钟信息对本次的利用没有代价,由于掌握系统对韶光的精度哀求较高,在全体反射面系统中具有一个标准的统一韶光,须要全体系统遵守。故每次在进入自动不雅观测状态前须要对节点掌握器设定时间,使所有的节点掌握用具有相同的韶光。
该芯片须要时钟电路,其采取32. 768 k Hz的外部晶振供应内部时钟。它与主控芯片之间的通信办法采取IIC总线协议,它将作为从设备,挂在总线上,而MCU将作为主设备对时钟芯片配置时钟信息和存储或读取FRAM中的数据。由于采取的是IIC总线协议因此在数据引脚和时钟引脚分别加上一个上拉电阻,为确保VDD引脚具有良好的退耦性,VDD须要接一个0. 1μF电容进行滤波。其电路图如图2所示。
图 2 时钟芯片电路
接口电路设计
节点掌握器利用光耦TLP521将掌握器外部和内部相互隔离,避免了外部可能的滋扰对电路板的影响。
零点检测旗子暗记和计数旗子暗记是由外部霍尔供应的,它们的旗子暗记高电均匀为5 V电压,但由于微掌握器LPC2368利用3. 3 V供电,其大部分GPIO只能接管3. 3 V的电压,5 V的电压可能会对IO造成破坏。故对它们的旗子暗记须要电平转换,而光耦TLP521即可实现这个功能。由于如图3所示为TLP521的内部事理图,其输入端和输出端隔离,仅通过光旗子暗记来通报的。故既起到隔离的浸染也可以实现电平转换的浸染。
图 3 TLP521 事理图
节点掌握器的掌握旗子暗记作为强电驱动板的逻辑芯片的输入旗子暗记,由于节点掌握器与强电板有一定的间隔,为了提高输出旗子暗记的驱动能力,选用TLP521增强驱动之用。强电板上利用380 V互换,因此遭到强电毁坏的可能也会增加,为了避免强电板对掌握板带来的破坏,故选用TLP521用作隔离之用。因此TLP521在掌握旗子暗记输出端具有隔离与增加驱动能力的功能。
网络通信模块电路设计
节点掌握器要实现以太网的接入,必须为其设计以太网硬件接口电路。嵌入式以太网硬件接口范例电路包括MAC模块、物理层芯片、网络隔离变压器和RJ45接口四部分组成。在主控芯片LPC2368中带有以太网MAC模块,这个以太网MAC通过利用加速的DMA硬件来供应优化的性能。
选用DM9161作为物理层芯片,采取HR601682作为网络隔离变压器,它在网络通信过程中所起的浸染有两个: 一是传输数据,将物理层输出的差分旗子暗记通过差模耦合的线圈进行耦波以增强旗子暗记,并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的其余一端; 除此之外,以太网滤波变压器还能对设备起到一定的防雷保护浸染。RJ45接口采取带有LED指示灯的标准接口。
电机掌握电路设计
节点掌握器通过对匆匆动器电机的掌握,可以改变下拉索的长度,进而改变每个反射面单元的位置,以是全体掌握电路的设计对全体球状反射面的动态成型起着至关主要的浸染。节点掌握器是通过一个与其分离的电机驱动板来掌握电机运行的。
电机的运行受两路旗子暗记线掌握,这两路掌握旗子暗记最初是从主 控芯片LPC2368的两个引脚上发出的,经节点掌握器板上的数字逻辑电路使其输出旗子暗记与电机驱动板输入的匹配,进而通过电机驱动板完成对电机的掌握功能。如图4所示,为节点掌握的电机掌握电路和限位电路事理图。
经由前真个逻辑电平转换,将微掌握器的掌握电平、高下限位的逻辑电平经由三输入或非门,共同掌握匆匆动器电机的正反转。当微掌握器掌握电机迁徙改变( 向下或向上) 时,发生非常,不能发送停滞电平,则当匆匆动器运动到限位开关处,打仗到限位开关产生限位电平时,限位电平可以通过逻辑电路使输出给强电驱动板的旗子暗记处于停滞电平,以免驱动装置受到毁坏。担保了主动反射面掌握系统的安全运行。
图 4 电机掌握及限位开关电路
掌握器软件设计与实现
节点掌握器的软件系统是在操作系统μC /OS-II上运行的。μC /OS-II是一种基于优先级的抢占式多任务实时操作系统,包含了实时内核、任务管理、韶光管理、任务间通信同步和内存管理等功能。本文选择Keil for ARM作为开拓环境。利用通用C措辞编写程序。Keil for ARM软件供应丰富的库函数和功能强大的集成开拓调试工具。
以太网通信程序设计
本系统运用程序基于以太网驱动程序进行编程,以太网数据吸收采取以太网中断办法,其为微掌握器32个中断之一,在初始化以太网时,打开以太网中断,等待吸收数据。TCP/IP通信为做事器与客户端间进行通信,须要总掌握PC访问节点掌握器,故节点掌握器作为做事器,总掌握PC作为客户端。节点掌握器以太网初始化和发送数据的基本流程如图5所示。
图 5 以太网初始化和发送数据的基本流程
以太网发送数据须要在担保做事器与客户端连接正常的情形下,才能发送数据,因此在发送数据程序中须要检测网络连接,以及微掌握器MAC掌握器的状态,是否许可发送数据。若许可发送数据,须要将要发送的数据复制到发送缓冲区,然后调用发送子程序,其根据要发送数据的个数将缓冲区的数据发送给PHY芯片,终极经网络变压器发送给RJ45接口,实现数据的通报。
节点掌握器对电机的掌握程序设计
微掌握器对电机的掌握分为手动掌握和自动掌握。手动掌握用于调试时,偶尔利用。自动掌握是节点掌握器根据目标长度输出掌握旗子暗记,不须要操作员参与。
手动掌握电路部分是按照三路匆匆动器方案设定的,包括正转和反转2个按钮; 2个拨断开关用来选择手动掌握哪路匆匆动器( 前辈行内部编号) ; 还有3个LED显示灯,用来表示当前选择的手动模式掌握哪路匆匆动器。微掌握器对2个拨断开关的扫描,判断操作员选择的运动模式( 两个拨断开关的四个状态) : 3路自动模式、第1路处于手动模式、第2路处于手动模式和第3路处于手动模式。在密云系统中试验阶段仅对1路进行手动与自动掌握。掌握流程如图6所示。
图 6 电机掌握流程图
以太网作为新兴的现场总线办法,有其不可取代的上风。廉价、通信可靠、对物理层数据传输有安全机制等上风,故选择以太网总线办法作为密云主动反射面掌握系统的数据网络。对节点掌握器的各个功能进行完善,并在密云模型上进行了测试。节点掌握器系统通过和总掌握PC间的交互,能够完成对全体反射面进行掌握,并完成对监控数据的反馈,总体能够实现射电望远镜设计的目标,完成射电源的不雅观测与跟踪。
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