[发明专利]一种射电望远镜主动反射面板远程控制系统

说明书

技术领域    

本发明是一种射电天文望远镜主动面板远程控制系统，具体涉及一种大口径主动光学亚毫米波望远镜反射面板嵌入式以太网通信与控制系统。

背景技术    

本发明是国家自然科学基金重点项目“大口径主动光学亚毫米波/毫米波望远镜方案和关键技术研究（10833004）”的一部分。

在大口径射电天文望远镜的设计建造中，拼接镜面主动光学技术得到越来越多的应用。实现这项技术的一个重点是设计制造主动反射面板的运动控制系统。以现有的拼接镜面技术应用实例来看，该系统的硬件结构主要包括主控计算机、通信网络、终端节点和执行机构。主控计算机使用工控机或台式PC机，运行监控整个面板运动系统的程序。通信网络可以是CAN、RS-232、RS-485、LonWorks、Ethernet及其他通行方式中的一种或几种，将两种不同类型网络连接到一起时，要用到相应的转换设备。终端节点常见的是使用工控机、单板电脑或运动控制板卡，同时还要有控制促动器运行的功率输出电路。其主要功能是接收并解释执行主控计算机指令、控制促动器运动、反馈运动状态。终端节点的数量依据实际情况可以有一个或多个。执行结构是步进电机、促动器及附加的机械装置。

当前国际上在建和建成的采用主动反射面板的射电望远有美国的GBT、LMT、CCAT，意大利的Noto，我国的FAST和上海天文台的65米射电望远镜等。以意大利的Noto为例，他的主控计算机是控制室内的一台PC机。终端节点由一块嵌入式PC卡（PC EMBEDDED BOARD）和四块多路复用卡组成。PC卡通过RS-485总线接收主控计算机指令，并输出数据到多路复用卡。PC卡负责总线管理，输出数据内容是地址和促动器位移。四块多路复用卡分别与四个连接盒相连。每个连接盒有12个输出端口，每个输出端口构成一条RS-485总线，促动器就挂接在总线上。Noto的促动器是一套机械电子装置，在一个金属盒内安装了电机控制驱动电路、变压器、步进电机和机械传动机构。RS-485总线上传来的数据由控制电路接收并解释后，驱动电机运行。Noto主动反射面板的通信系统由多条RS-485总线型网络构成。这种网络结构的好处是结构简单、布线相对容易。但总线出现故障时，与其相连的终端都要受到影响。

CN1113668.5号专利设计了一种与Noto不同的促动器控制方法，其采用工控机PC104构成控制盒作为终端节点，终端节点内部集成了电机控制器、电机驱动器以及位置检测电路。控制盒直接控制步进电机运动。多个终端节点与主控计算机通过交换机相连，构成星型网络。网络上各个节点地址固定，独立工作，发生故障时可以快速定位，对节点的更换或维修都十分方便。

发明内容    

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种射电望远镜主动反射面板远程控制系统，其网络拓扑采用星型结构，通过交换机级联，可以容纳足够多的节点。

本发明的技术方案是：一种射电望远镜主动反射面板远程控制系统，该系统由主动反射面板、若干位移促动器、若干位移传感器、若干终端节点、以太网交换机和主控计算机组成；主动反射面板由多块扇形子面板组成，各子面板背面安放位移促动器，位移促动器由步进电机驱动运行，子面板相邻的边放置两个位移传感器；每个终端节点和各自的位移促动器、位移传感器连接；主控计算机将接收的控制参数计算分解为终端节点的地址和促动器位移量，并发到终端节点；以太网设备连接终端节点与主控计算机，承载数据传输；各终端节点接收主控计算机指令，驱动步进电机旋转，进而带动位移促动器运动；终端节点采集位移传感器数据作为促动器的位移信息反馈至主控计算机，构成控制闭环；所述主控计算机与终端节点间采用TCP协议传递数据，DSP使用嵌入式以太网协议栈解析数据包，应用程序向协议栈注册回调函数，在回调函数内分析并执行控制指令。

本技术方案中：

所述主控计算机是指具有以太网通信功能、图形显示功能、可运行图形用户界面程序的IBM兼容机；以太网设备是指以太网交换机、RJ-45连接器和使用EIA/TIA568B接线方式的五类双绞线；

所述终端节点是射电望远镜主动反射面板远程控制电路，采用DSP芯片作为主控制器，由主控制器、电机驱动模块、网络通信模块、数据采集模块和电源电路组成。