基于Zigbee无线网络的LAMOST光纤定位控制系统设计

摘要

LAMOST(LargeskyAreaMulti-ObjectfiberSpectroscopicTelescope，大天区多目标光纤光谱天文望远镜)是一台兼备大视场和大口径的反射式施密特天文望远镜，其有效通光口径为4m，焦距为20m，视场达21平方度，可观测的覆盖天区超过2万平方度。在位于主镜焦面处的直径为1.75m的焦面板上，按要求在观测对象的位置上蜂窝状布置4，000根光纤，用来对几千个天体目标进行观测。为了将光纤移动到所需观测的星象上，我们设计了双回转结构的光纤定位单元。它包括臂长相等的一中心回转轴和一偏心回转轴，中心轴和偏心轴的回转范围分别为0°～360°和0°～180°，用步进电机驱动，并设有位置参考点。它们的组合运动可保证双回转定位机构在整个圆区域内的定位。每个光纤定位单元控制区域直径为33mm。 本文提出了一种基于Zigbee无线网络的驱动前置方案，并采用无线通讯模式，与传统的长线控制驱动控制方式相比可以节省95％以上的外接电线，降低了安装难度，节省了焦面板，背面的安装空间。这套系统可以完成光纤定位单元所需的定位、回零等各种功能，并能将零位等信息反馈到控制主机，控制主机可根据反馈的结果给出下一步的决策。我们采用的Zigbee无线通信技术，是一种低功耗、低数据速率、低成本的技术，适合于进行低数据率传输的低成本设备，满足本系统的需求。LAMOST光纤定位系统共有4000个定位单元，采用Zigbee无线控制系统，则共有4000个驱动节点。我们采用的Zigbee芯片可以使用16个不同信道进行数据通讯，考虑到系统通讯的时间要求以及信道间的相互干扰，我们选择了四个工作信道，将4000个节点平均分配到这四个信道，每1000个节点由一个主节点进行协调控制，组成一个简单网络。四个主节点通过CAN总线与电脑主机相连，这样就组成了一个控制系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 LAMOST项目简介

1.2 LAMOST光纤定位单元简介

1.3 LAMOST光纤定位系统介绍

1.3.1主要设计思想

1.3.2光纤定位单元零位装置

1.3.3控制驱动部分

1.4本文的研究内容及行文安排

第2章星型控制系统及开发环境简介

2.1星型控制系统

2.2 CodeWarrior简介

2.3 PCB设计软件简介

第3章主控制节点设计

3.1控制板硬件系统框图

3.2 MC9S12XDP512CAG单片机

3.3 CAN模块

3.3.1 CAN总线概述

3.3.2 CAN总线工作原理

3.3.3 CAN总线的优点

3.3.4 MSCAN12模块

3.3.5报文的传输

3.3.6 TJA1050概述

3.3.7 MSCAN12接口硬件电路

3.4无线收发模块

3.4.1 MC13192简介

3.4.2 MC13192及天线模块硬件电路

第4章电机驱动节点设计

4.1驱动板硬件系统框图

4.2 电源模块硬件电路

4.3天线模块及晶振电路

4.4电机驱动电路

4.4.1步进电机简介

4.4.2电机驱动芯片A3988

4.4.3电机驱动电路

4.5微带传输线传输特性介绍及布线要求

第5章控制驱动软件算法

5.1 CAN通讯软件设计

5.2 ZigBee通信软件设计

5.3 电机驱动模块软件设计

5.3.1步进电机的加减速控制

5.3.2 A3988控制逻辑

5.3.3光纤定位单元机械部分的软保护

第6章工作总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关论文成果