基于嵌入式的自由式舞台车台控制系统的设计

2015-11-03郑媛媛浙江舞台设计研究院有限公司浙江杭州310051

中国科技纵横 2015年20期

郑媛媛（浙江舞台设计研究院有限公司，浙江杭州 310051）

郑媛媛
（浙江舞台设计研究院有限公司，浙江杭州 310051）

随着科学技术的不断发展，传统舞台控制领域融入了大量的新技术。在进行舞台控制的过程中，需要进行多个对象的高精度控制，并且要保证舞台的安全性和灵活性。而基于嵌入式的自由式舞台车台控制系统具有强大的性能，可以进行舞台行走的自由控制，继而满足舞台控制需求。因此，基于这种认识，本文利用嵌入式ARM9处理器为系统控制器，并采用了嵌入式Linux为操作系统，以便实现对高性能的自由式舞台车台控制系统的设计。

嵌入式自由式舞台车台控制系统设计随着舞台技术的不断发展，舞台演绎艺术效果在很大程度上依赖于舞台控制系统。而嵌入式芯片具有移植性好、稳定性强和实时性强等多种优点。所以，采用嵌入式操作系统进行舞台车台的控制，不仅可以满足系统的多任务、实时性控制需求，还可以为系统提供一定的软件支持。因此，相关人员有必要对基于嵌入式的自由式舞台车台控制系统的设计问题进行研究，以便达成更好的舞台艺术效果。

1　基于嵌入式的自由式舞台车台控制系统框架

从系统整体角度来看，基于嵌入式的自由式舞台车台控制系统采用的是两级通信方式。其中，上位机与嵌入式控制器在进行车台运动命令信息和运动状态反馈信息发送时，利用的为工业以太网。而在AM9主控器与DSP协控制器通信时，采用的为SPI总线通信方式。所以，从通信方式角度来看，系统可以划分成控制层、管理层和执行层。首先，控制层指的是系统上位机，主要负责进行车台控制模式和具体控制策略的选择。就目前来看，系统的控制模式分为连续模式和单步模式。其中，连续模式可以进行场次预先设定，而单步模式则是操作人员根据现场情况进行系统的操作［1］。其次，系统管理层主要指的是嵌入式主控制器。在该层别，系统会对上位机发送的命令信息进行判别，并进行系统控制模式的确定。此外，该层别还负责进行实时数据的采集，并需要进行车台精确导向的实现。再者，在系统的执行层，核心电机驱动控制系统为嵌入式TM320F2812。而该层别主要用来进行管理层发出的命令的接收，并负责进行永磁同步电机的控制。

2　自由式舞台车台控制系统的设计

2.1嵌入式系统的选型

嵌入式系统的选型问题是系统设计的重点问题，将对系统性能造成较大的影响。所以，在进行系统嵌入式硬件选型时，需要根据系统性能需要，科学合理的进行不同商家型号产品的选择。而科学的完成硬件选型工作，则可以使系统的设计成本得到降低，并使系统具有较好的性能。而舞台车台控制系统的设计，则选用了ARM920T嵌入微处理器［2］。因为该处理器不需要配置额外组件就能满足系统设计要求，并且能使系统稳定性得到提高。此外，该微处理器还具有价格低和功耗小等优点，可以使系统拥有更好的性能。而系统的嵌入式操作系统则采用了嵌入式Linux，以便实现系统的移动通信需求，并且同时完成多用户、多任务和多线程的操作系统性能的实现。此外，Linux具有病毒少和安全性高的特点，可以满足系统的安全性需求。

2.2系统硬件设计

在系统硬件设计方面，系统的车台轮组是由驱动轮和从动轮构成。其中，驱动轮由驱动电机驱动，可以为系统提供前进动力。而从动轮则负责进行系统运动方向的调整，并需要支撑车台重量和保持车台平衡。其次，系统控制器的主控板采用的为ARM920T微处理器，可以进行高速缓冲体系结构的实现，并配有完整系统外设。再者，系统的电源模块采用车载蓄电池为主要供电电源，而系统的动力源则由电动车辆专用电池组提供。而蓄电池具有放电小、免维护和高循环性的特点，可以满足系统的设计需要［3］。系统在进行24AH的蓄电池安装后，带有四台永磁同步电机能够满载荷行走15分钟。此外，在系统存储模块的设计方面，采用了随机存储器SDRAM和程序存储器Nand Flash。而该两种存储器使用的为非易失闪存技术，可以在完成实时数据存储的同时，避免系统数据的丢失。

2.3系统软件设计

在软件设计方面，系统软件包含了嵌入式Linux操作系统和应用软件。其中，嵌入式Linux操作系统需要完成对微处理器上的硬件资源的配置和管理，并为上层应用程序提供接口、开发环境和运行环境。而由于Linux为实时多任务系统内核，所以可以获得强大的软件支持。在进行该系统的嵌入式应用软件开发时，需要对底层设备驱动程序和上层应用程序进行开发。而一般的情况下，该操作系统的应用软件开发需要采用交叉编译形式，即在目标机上进行二进制文件的生成。而在宿主机与目标机链接的情况下，则可以将编译的执行文件直接下载至目标机，继而完成交叉调试和优化，并最终将调试好的程序存至程序存储区。因此，Linux操作系统的应用软件设计，使得系统软件开发时间得到了节省。