基于TCP/IP的天文射电望远镜节点控制器研制

摘要

在天文观测领域中，由于球面射电望远镜的应用越来越广泛，目前我国也正在积极筹建FAST项目。在FAST项目中，需要控制各个反射面单元的位置使整个球状反射面精确动态成型，将接收到的宇宙射电信号准确反射给馈源，完成各种天文观测目标。所以设计工作运行可靠、控制精度高、造价低廉的控制器具有很重要的意义。
　　基于TCP/IP的天文射电望远镜节点控制器用于FAST项目的10∶1缩比模型系统中，为FAST项目的实施提供相应的技术验证平台。本设计中，在深入研究了基于TCP/IP的工业以太网和嵌入式控制技术的基础上，根据控制器实际功能需求，确定了以LPC2338为主控芯片的总体设计方案。硬件方面，设计了网络接口模块、电机控制模块、位置采集及数据存储等模块的电路，完成PCB线路板的制作，并经过实际测试改进，使电路性能稳定可靠。软件方面，首先完成了μC/OS-Ⅱ实时操作系统的移植，用于高效管理控制器的各个任务;其次实现了基于TCP/IP的工业以太网接口通信功能，接收的主控上位机指令控制促动器电机，使整个球状反射面的精确动态成型，同时可采集反射面单元信息并实时回传给上位机;最后利用上位机调试软件对节点控制器各项功能进行了实际调试与优化。本控制器具有以下两个重要特点:基于TCP/IP工业以太网技术保证了控制器接收指令与回传信息的可靠性与高速性，嵌入式控制技术促进了控制器对反射面单元位置控制的精准性与实时性。
　　本控制器通过实际运行与测试，达到设计要求，为FAST项目的实施起到了良好的推动作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源与研究背景

1．2 课题国内外的研究现状

1．3 论文设计重点及结构

第2章 关键技术介绍

2．1 嵌入式控制技术

2．2 工业以太网

2．2．1 工业以太网特性

2．2．2 工业以太网应用中的问题

2．3 TCP／IP协议

第3章 控制器总体方案设计

3．1 控制器功能要求

3．2 控制器总体方案

第4章 控制器硬件设计与制作

4．1 控制器硬件概述

4．2 控制器器件选型

4．3 控制器硬件模块设计

4．3．1 主控芯片模块

4．3．2 电源模块

4．3．3 以太网接口模块

4．3．4 电机控制及限位开关模块

4．3．5 位置采集及RAM存储模块

4．3．6 零点检测模块

4．3．7 显示模块

4．4 PCB板设计与制作

第5章 控制器软件设计与实现

5．1 系统软件概述

5．2 系统软件开发环境

5．3 控制器各模块软件设计与实现

5．3．1 实时操作系统μC／OS-Ⅱ移植

5．3．2 节点控制器初始化

5．3．3 以太网驱动程序实现

5．3．4 TCP／IP协议栈的实现

5．3．5 电机运行控制及位置采集程序实现

5．3．6 零点检测及限位报警程序实现

5．3．7 触摸显示屏测试平台设计

5．4 位机调试软件设计与实现

5．4．1 上位机调试界面

5．4．2 网络通信实现

第6章 控制器调试

6．1 控制器硬件调试

6．2 控制器软件调试

6．2．1 网络通信调试

6．2．2 电机控制调试

第7章 结束语

参考文献

致谢