天文望遠(yuǎn)鏡的自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)精

1、天文望遠(yuǎn)鏡的自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)TheHardwareDesignOfAutomaticControlSystemInAstronomicalTelescope李慧li,hui摘要：本文主要從控制硬件方面對(duì)天文望遠(yuǎn)鏡的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行闡述，采用雙串口的智能微處理器W77E58,同時(shí)接收兩路信號(hào)（來(lái)自把手盒和工控機(jī)，并進(jìn)行處理，驅(qū)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)在線和脫機(jī)自動(dòng)找星兩種功能。關(guān)鍵詞:控制硬件，工控機(jī)，自動(dòng)找星中圖分類號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：BAbstract:Automaticcontrolsystemofastronomicaltelescopeismainlypresentedfromtheco

2、ntrolhardwareaspectinthistext;Wereceivetwosignals（fromhandleboxandPCatthesametimeanddisposethemanddrivetelescopeworkingtoimplementfindingstarautomaticallyofflineandonlineadoptingintelligentMPUnamedW77E58withdoubleCOMports;Keywords:controlhardware,PC,findingstarautomatically一、望遠(yuǎn)鏡的自動(dòng)控制系統(tǒng)總體簡(jiǎn)介該系統(tǒng)主要包括：上位

3、機(jī)、下位機(jī)、智能把手控制盒、高精度赤經(jīng)赤緯增量式正弦編碼器、鎖相低精度增量式編碼器、智能驅(qū)動(dòng)功放等。與傳統(tǒng)構(gòu)成方式相比較本系統(tǒng)設(shè)計(jì)突出了智能功能的應(yīng)用（圖一。望遠(yuǎn)鏡的自動(dòng)尋星及跟蹤系統(tǒng)方框原理圖（圖一二、PC機(jī)部分介紹上位機(jī)（PC機(jī)即一臺(tái)電腦，從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的SKYMAP星圖軟件中提取待尋天體的坐標(biāo)，并做一系列換算，通過(guò)RS232用行口與下位機(jī)交換數(shù)據(jù)和命令三、下位機(jī)部分介紹下位機(jī)主要是選用雙用口微處理器W77E58，通過(guò)兩路RS232用行口分別與上位機(jī)以及智能把手相互交換數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖二，以四倍頻細(xì)分的方式采集赤經(jīng)、赤緯增量式圓光柵編碼器的角度值，實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)。還配備了具有時(shí)間校準(zhǔn)及斷電保護(hù)功能的

4、地方恒星時(shí)時(shí)鐘。此外，系統(tǒng)還備有8KE2PROM和控制赤經(jīng)、赤緯的智能驅(qū)動(dòng)模塊等。ADM32對(duì)IC<DTXD_|上位機(jī)下位機(jī)系統(tǒng)方框原理!S（用二）7705粹電保時(shí)橫快ADM232RcRXDGN+5VPH把手W77E58奧片機(jī)Pl0P11XC951084（金373箱存界.率打口控制亦應(yīng)強(qiáng)崎普MC146B1E時(shí)鐘總片EJPROM28C1XC95W3*34（含東呼綿分共計(jì)數(shù)器等沖Pl2P*P1.5P17*違領(lǐng)電珞以及赤程如今共計(jì)敷器¥）L1四、把手盒部分介紹作為系統(tǒng)人機(jī)對(duì)話的控制核心，智能把手控制盒采用89C51微處理器，備有系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈，它們分別是：赤經(jīng)恒動(dòng)，赤經(jīng)+/-快慢

5、微動(dòng)，赤緯+/-快慢微動(dòng)，系統(tǒng)故障指示等6只。還設(shè)有時(shí)角、赤緯各7位數(shù)碼顯示，分別顯示天體時(shí)角（時(shí)分秒以及赤緯（度分秒。配有RS232用行口與下位機(jī)交換數(shù)據(jù)，作為人機(jī)對(duì)話的輸入設(shè)備的微鍵盤(pán)有22只鍵，他們分別為：0-9數(shù)字鍵10只、a/置數(shù)鍵2只、標(biāo)定功能鍵和尋標(biāo)功能鍵各1只、赤經(jīng)赤緯正反快慢微動(dòng)控制鍵8只。脫開(kāi)上位機(jī)利用把手控制盒可以單獨(dú)設(shè)置目標(biāo)星的赤經(jīng)和赤緯；自動(dòng)校正望遠(yuǎn)鏡的指向誤差；確定望遠(yuǎn)鏡的絕對(duì)零點(diǎn)（即標(biāo)定:采用天頂附近的星作為參照，校正望遠(yuǎn)鏡位置的絕對(duì)零點(diǎn)，望遠(yuǎn)鏡的標(biāo)定位置便保存到斷電保護(hù)寄存器中，今后開(kāi)機(jī)就不必重復(fù)作標(biāo)定操作。赤經(jīng)赤緯位置編碼器計(jì)數(shù)器、判相電路、4倍頻電路等邏輯電

6、路都采用了XC95108-84大規(guī)模門陣編程方法來(lái)完成，因此他們的可靠性，可修改性及保密性都極佳，即具有柔性化的特點(diǎn)。智能驅(qū)動(dòng)功放原理圖（圖三三4建一工百聲源也諛依下仔植保爐情孑比他Z45C1DS1單月粕HOP人單融信號(hào)科逮意卡五、驅(qū)動(dòng)部分以及鎖相跟蹤控制赤經(jīng)和赤緯智能驅(qū)動(dòng)模塊（圖三均由89C2051微處理器與PWM驅(qū)動(dòng)功放構(gòu)成,只是赤經(jīng)模塊比赤緯模塊多了一個(gè)恒動(dòng)鎖相跟蹤環(huán)。智能驅(qū)動(dòng)功放由89C2051微處理器、12位雙極性D/A、瑣相環(huán)、放大校正環(huán)節(jié)、速度環(huán)、電流環(huán)、15KHz鋸齒波發(fā)生器及脈寬調(diào)制器、PWM驅(qū)動(dòng)器以及保護(hù)電路等組成，集成為高精度數(shù)字化控制模塊.智能驅(qū)動(dòng)功放接收下位機(jī)的四位編

7、碼信號(hào)，高四位為控制赤經(jīng)編碼，低四位為控制赤緯編碼，四位編碼可以有16種控制狀況，足以滿足手動(dòng)、自動(dòng)控制狀態(tài)要求。手動(dòng)控制時(shí)，按照常規(guī)要求來(lái)設(shè)置望遠(yuǎn)鏡速度：由12位雙極性D/A輸出控制電壓，此模擬量由89C2051選通模才H開(kāi)關(guān)4066經(jīng)放大校正環(huán)節(jié)饋給脈寬調(diào)制器，控制脈沖寬度，以達(dá)到控制速度的目的。望遠(yuǎn)鏡的徑軸和赤緯軸均由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)比皆為5400:1，手控望遠(yuǎn)鏡的驅(qū)動(dòng)速度為：微動(dòng)±3分1赤經(jīng)方向迭加在15'分包動(dòng)速度上慢動(dòng)±3快動(dòng)士90物該系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍為1800倍.采用1500轉(zhuǎn)/分直流伺服電機(jī)，具測(cè)速機(jī)的靈敏度為12V/千轉(zhuǎn)；采用12位雙極

8、性型D/A,它的分辨率為及048，便能滿足上述要求。表1中快動(dòng)1和快動(dòng)2為望遠(yuǎn)鏡自動(dòng)尋星時(shí)提供的速度選擇。本系統(tǒng)中，包動(dòng)與手動(dòng)控制無(wú)關(guān)，由鎖頻鎖相電路單獨(dú)控制，它采用一只240線空心軸增量式編碼器直接固聯(lián)在電機(jī)軸上，提高鎖相精度.由于赤經(jīng)傳動(dòng)比為5400:1,所以編碼器每條光柵線（3600/240/5400=1角秒對(duì)應(yīng)1角秒的鎖相跟蹤精度。跟蹤時(shí)，89C2051微處理器每秒發(fā)出15個(gè)脈沖，對(duì)鎖相來(lái)說(shuō)，這是比較容易鎖定的區(qū)域。為了以高精度鎖定跟蹤頻率，我們采用了4046鎖相電路，其輸出相位差通過(guò)有源濾波器，變成線性直流電壓其作用相當(dāng)于低通濾波器，由于機(jī)械速比大，直流伺服電機(jī)功率小，從而為調(diào)節(jié)器提供了快速頻率響應(yīng)，鎖相相位精度可達(dá)到T/8T/6相位差確保鎖相環(huán)安全可靠地鎖定在15HZ基頻上.這種精度保證了望遠(yuǎn)鏡對(duì)大體進(jìn)行穩(wěn)定的跟蹤。結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的實(shí)際使用觀測(cè)，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，找星定位準(zhǔn)確，精度高，能適用于各種大中小型的望遠(yuǎn)鏡。參考文獻(xiàn)：1張毅剛，彭喜源，譚曉日勻.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)出版社,19972RolandE.Best.PHASE-LOCKEDLOOPSTheory,Design,andApplications.PublishedinUSA,1988作者簡(jiǎn)介:李慧，男,出生于1980年6月，淮陰工學(xué)院