基于ARM的空间光通信APT控制系统设计

空间光通信是以光波作为载波，在空间中进行信息无线传输的一种新型通信技术，其具有保密性高，抗干扰性强，通信速率高等优点，将会在卫星与卫星、卫星与地面控制站的无线通信领域发挥重要的作用，具有广阔的应用前景。但是由于光波波束窄，空间环境又比较复杂，而给通信链路的建立造成了极大的困难，所以对于空间光通信，必须先使用一套捕获、瞄准与跟踪(Acquisition，Pointing and Tracking，APT)系统来建立和维持光通信链路。嵌入式系统具有高性能、低功耗、低成本的优点，使其在运动控制上的应用具有很大优势，以ARM嵌入式处理器为基础的控制系统现在已经得到了广泛应用。针对目前卫星通信终端必须具有高实时性、高集成度、低功耗、体积小和重量轻等一系列特点，提出一种基于ARM 7嵌入式处理器为核心的APT控制系统。

1 APT控制系统组成

APT控制系统由PWM脉冲控制和产生模块、RS 232串行通信接口模块、光电编码接口模块及人机交互模块组成，系统框图如图1所示。

核心控制芯片选用Philips公司生产的专用工业控制ARM芯片LPC2124。先由串口接收到由信标光图像处理部分得到的光斑坐标值，通过位置跟踪算法计算出输出，PWM的控制量值，再由PWM产生模块送出PWM脉冲到电机驱动器驱动电机，最终带动转台指向目标位置。光电编码器反馈回电机的速度信息到处理器，运用相应的控制算法可以将转台的运行速度稳定在设定值，防止电机因速度不稳定而扰动。在控制过程中，转台的运行状态、速度和位置等信息皆可由LCD显示，转台的运行速度、扫描步长等由键盘输入设定。

2 硬件设计

2．1 LPC2124处理器简介

LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI-S CPU，是世界首款可加密的ARM芯片，并带有256 KWord嵌入的高速FLASH存储器和16 KB的SRAM，完全能满足系统存储空间的要求，故不需要外加存储扩展，使系统更为简单、可靠。内部具有UART，硬件I2C，SPI，PWM，ADC，定时器和比较捕获单元等众多应用部件，功能十分强大，远远能满足APT控制系统的功能设计要求。3．3 V和1．8 V供电电压可使系统保持低功耗，128位宽度的存储器接口和独特的加速结构可使32位代码在最大时钟速率下运行，提高了代码运行速度，独特的16位Thumb模式可使代码规模的降低超过30％，而系统的性能损失却很小，提高了代码的运行效率，大大降低了程序的优化难度。特别适用于工业控制、医疗系统和访问控制系统。

2．2 电源电路

LPC2124的内核及片内外设供电电压为1．8 V，I／O口所需电压为3．3 V，而整个数字电路的供电电源为5 V，且通过78M05将电源5 V稳压，故选用了LDO芯片LM1117MPX-3．3和LM1117MPX-1．8稳压输出3．3 V及1．8 V电压，其电路如图2所示。

2．3 RS 232接口模块

通过串口获取光斑的坐标值，由于系统芯片是3．3 V系统，所以使用MAX 3232进行RS 232电平转换，其电路原理图如图3所示。