基于嵌入式技术的FAST射电望远镜以太网节点控制器的研制

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500米口径球面射电望远镜(FAST)的主动反射面是由2400余个索网节点组成,FAST要顺利完成观测任务,需要对2400个节点完成实时动态定位控制,因此主动反射面控制系统需要对下拉索引进行动态实时控制、准确控制和精度控制。其中精度控制在机械控制方面使用减速箱来实现,动态实时控制和准确控制使用智能节点控制器来实现。主动反射面控制系统的网络结构、系统可靠性、稳定性和准确性是射电望远镜能否完成预期目标的关键。主动反射面控制系统主要由三部分组成:总控制器,通信网络和节点控制器。总控制器使用个人计算机,开发了一套用于控制所有节点的上位机软件。通信网络选择了可靠性和实时性很强的以太网作为反射面控制系统的组网方式。节点控制器是网络的通信终端也是主动反射面控制系统的直接执行者,因而节点控制器成为该系统的关键。本论文介绍了基于嵌入式技术的FAST射电望远镜以太网节点控制器开发研制的全过程。根据主动反射面控制系统的特性,节点控制器应具有嵌入式以太网通信模块,高速的工作速率和实时可靠的操作,较强的运算能力和远程更新等功能。节点控制器的设计主要分两方面:硬件电路设计和控制器程序设计。硬件电路方面主要实现了以太网接口模块、电机控制电路、电机监测电路和时钟芯片电路等的设计,制作了170套PCB电路板,并完成了对其的检测验收。控制器程序方面主要完成了基于μC/OS-II操作系统上的各个程序模块的设计,包括以太网通信模块、电机监测和控制程序、数据信息和时间信息的读写程序、远程更新程序和自动观测模式程序等。在密云50米缩尺模型上对131个节点控制器的通信能力和控制能力等方面进行了调试,完成了控制器程序的完善和优化。以太网节点控制器在密云模型中进行了运行和测试,达到了主动反射面控制系统的设计要求。
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