崔娟

【摘 要】本文以C8051F020為主控制器，設(shè)計(jì)了一種高可靠性的雷達(dá)伺服系統(tǒng)，文中詳細(xì)介紹了它的硬件組成原理，并給出了相應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)和主要流程。該系統(tǒng)樣機(jī)已經(jīng)調(diào)試通過，具有工作平穩(wěn)、噪聲小、可靠性高等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)伺服系統(tǒng)；C8051F020；步進(jìn)電機(jī)

0 引言

雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)用來控制天線動作，搜索各個方位的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)天線的自動控制的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是由機(jī)械傳動部分和驅(qū)動控制電路組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其它的反饋系統(tǒng)沒有本質(zhì)上的區(qū)別，它是由若干元件和部件組成的具有功率放大電路的一種自動控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制雷達(dá)天線的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、步進(jìn)、停止，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，還要考慮到功耗低、體積小、便于攜帶的特點(diǎn)，在使用時(shí)應(yīng)該具有高可靠性、傳輸誤碼率小，同時(shí)還要還要具有開機(jī)測試、電池電壓采樣，欠壓報(bào)警等輔助功能。本文是基于C8051F020單片機(jī)的設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際要求，將具體介紹該系統(tǒng)的硬件電路原理及軟件系統(tǒng)構(gòu)建。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

本方案是為了實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)天線的中心角度調(diào)整以及在方位上的掃描速度和掃描范圍的控制，采用準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制步進(jìn)電機(jī)接受控制脈沖一步一步地旋轉(zhuǎn)，防止出現(xiàn)積累誤差。此方案采用Silabs公司開發(fā)的C8051F020單片機(jī)作為主控制器，NS公司推出的LMD18245作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，當(dāng)單片機(jī)接收到終端命令時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動作，系統(tǒng)中光電編碼器與步進(jìn)電機(jī)同軸，光電編碼器將步進(jìn)電機(jī)的動作反饋回單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)天線的閉環(huán)控制。該系統(tǒng)通過RS232A串口進(jìn)行通信和調(diào)試。系統(tǒng)總框圖（圖1）如下：

2 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路主要包括主控C8051F020和驅(qū)動器LMD16245構(gòu)成的控制電機(jī)電路、編碼器讀數(shù)經(jīng)過整形電路回饋給主控的反饋電路、主控和串口芯片構(gòu)成的通信和測試電路、電池電壓采樣電路及欠壓報(bào)警電路。

主控單片機(jī)C8051F020是一款真正獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)，將C8051F020用于嵌入式控制系統(tǒng)，可大量減少外圍器件，充分發(fā)揮C8051F020的高速度特點(diǎn)，大大提高了系統(tǒng)的集成度。內(nèi)部包含數(shù)字電路和模擬電路，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該將模擬電源和數(shù)字電源分別連接，最后要通過磁珠（或電感）連接在一起；由于步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動電路工作在較大脈沖電流狀態(tài)，電路中采用光電耦合器將主控單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)隔離，這樣可以避免單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)功率回路的共地干擾。單片機(jī)控制信號LVTTL和光電編碼器與控制電機(jī)之間的和TTL電平之間用74LV4245進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。原理圖模塊設(shè)計(jì)如下介紹：

2.1 光電隔離

采用光耦集成電路TLP521實(shí)現(xiàn)隔離，不需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)，就能達(dá)到防止干擾的目的。由于光耦的輸入端電流較大，直接使用CPU的引腳驅(qū)動會對CPU產(chǎn)生較大的電流沖擊，所以先用74LVX4245進(jìn)行驅(qū)動，然后控制光耦工作。

2.2 電平轉(zhuǎn)換

CPU及外圍電路用3.3V供電，CPU引腳直接輸出的是LVTTL電平，為了與外部TTL電平兼容，并且提高驅(qū)動能力與減少干擾，采用集成電路74LVX4245實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

2.3 驅(qū)動電路

驅(qū)動電路采用集成電路LMD18245，最大輸出電流3A，內(nèi)部含16細(xì)分電路，也可以外接電路再細(xì)分，外圍電路簡單。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)。

2.4 電源轉(zhuǎn)換電路（DC/DC）

驅(qū)動部分電路容易受到干擾，與CPU部分的供電電源分開，利用2個DC/DC集成電路產(chǎn)生2路5V電壓，一路提供給光電編碼器，并經(jīng)變換提供給CPU，另一路提供給光藕和驅(qū)動電路的邏輯電平。

2.5 JTAG

片內(nèi)JTAG接口可直接對對安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、實(shí)時(shí)在系統(tǒng)仿真調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器及寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停止命令。在使用JTAG調(diào)試時(shí)，所有模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。

3 軟件部分設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用角度與速度準(zhǔn)雙閉環(huán)控制。角度反饋是伺服的主反饋回路，時(shí)實(shí)角度由光電編碼器采集得到；速度反饋是一個局部反饋回路，前次的速度值只是軟件的記憶值，外部沒有速度傳感器，所以在本文中稱為準(zhǔn)雙閉環(huán)控制。在任何時(shí)刻當(dāng)角度與速度發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)都必須響應(yīng)，速度值的控制由軟件設(shè)置中斷周期來完成，編寫程序時(shí)，特別注意中斷、存儲器、運(yùn)算符號位的管理，提高系統(tǒng)的可靠性。主流程圖如圖2所示。

4 結(jié)論

本文提出的基于C8051F020的雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)在雷達(dá)整機(jī)樣機(jī)中調(diào)試通過，并能夠正常的工作。使用細(xì)分驅(qū)動器更加精確的控制了步進(jìn)電機(jī)的相電流，大大的改善了電機(jī)的振動和噪音，消除了電機(jī)的低頻振蕩，提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。單片機(jī)C8051F020本身就是低功耗設(shè)計(jì)，還可以通過改變系統(tǒng)時(shí)鐘、復(fù)位源及片上外設(shè)等狀態(tài)來節(jié)省功耗。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]張以杰，李瑞棠.雷達(dá)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1980.

[責(zé)任編輯：王楠]