基于ARM的毫米波天线自动对准平台设计

OS-Ⅱ属于抢占式实时操作系统，总是会使处于就绪状态中优先级最高的任务运行。它不支持时间片轮转调度，所以必须将系统功能合理分解为不同优先级的任务。任务的优先级由任务的重要性和实时性要求程度决定。划分系统任务的时候，还要考虑到低优先级的任务能有机会得到运行，否则系统将难以正常工作。因此建立六个任务进行调度，任务之间的通信方式及流程如图4 所示，分别如下:

TaskMotorCt l：任务0，作为程序的主任务，实现初始化和电机控制功能；TaskCal：任务1，在电机转动过程中实时计算转动角度等相关参数；TaskPortScan：任务2，端口扫描任务，实现限位开关端口电平的监控功能；TaskU ART0Recv：任务3，串口0 磁罗盘数据的接收处理任务；TaskU ART 1Recv：任务4，串口1GPS 数据的接收处理任务；TaskCAN：任务5，CAN 接口数据收发处理。

图4 任务之间关系及通信方式

运行时有两种状态:

( 1) 静止状态

首先系统启动之后，进行初始化，然后等待磁罗盘接收信号有效，否则不能进入电机控制任务。在自动运行状态，此时平台处于静止状态，程序对接收到的串口数据进行计算处理后实时更新，并不停地向显示控制单元汇报天线与目标指向的夹角大小。

( 2) 运动状态

当有按键按下，显示控制单元通过中断的方式对其进行处理，然后通过CAN 总线向平台控制板发送控制命令。平台控制板根据控制命令确定转动方向并在转动过程中实时监测是否碰到限位开关。

优先级的划分如下：TaskPortScan 优先级最高，因为平台的对准可能会顺时针或者逆时针连续转动，而限位开关能够使平台往某个方向的转动累计不超过一圈，以免引起平台内线的缠绕甚至扯断。因此当平台转动碰到限位开关时，优先级最高，以实时响应断电，并使平台反转，这里通过查询方式来检测是否碰到限位开关。

然后就是任务TaskUART0Recv，在转动过程中都需要实时用到航向和俯仰等角度信息，因此实时准确地接收到此类信息显得非常重要。因为 TaskCAN 用于接收显示控制单元的控制命令，排在任务TaskUART0Recv后面。角度计算任务的优先级排在任务TaskCAN 的后面，根据任务TaskU ART 0Recv 传下来的角度原始数据以及其他相关信息，实时计算角度值，以确定平台转动的目标位置。虽然TaskMotorCtl 步进电机的控制任务重要，但是几乎全天候运行，如果优先级较高，会占用很多资源，导致其他任务无法进行，所以将其优先级排在靠后。最后是 TaskUART1Recv 任务，因为一般本方位置在实际对准中不会变化，所以其经纬度数据只需接收一次，其优先级排在最后。

3. 3 应用程序流程

利用LPC2294 系列的带操作系统的专用工程模板可大大减轻编程负担。模板包括LPC2294 系列微控制器的启动文件、头文件、分散加载描述文件等，利用这些文件，应用程序的编写就变得非常简单。应用程序流程如图5 所示。

图5 应用程序流程图

步进电机稳定工作时测得的控制脉冲信号波形如图6 所示。

图6 示波器输出波形

4 结 语

根据毫米波通信设备的特点，创造性地设计了一个以毫米波天线自动对准平台系统为应用目标的基于ARM 微处理器LPC2294 的嵌入式实时控制系统。应用ARM 处理器丰富的片内外设和优越的性能提高了平台系统的对准精度和响应时间，利用 uC/ OS-Ⅱ提高系统的安全性和可靠性，简化多任务程序的设计。本自动对准平台系统已经应用于毫米波通信设备的样机对通通信中，进行了多次外场试验验证，系统运转平稳，对准精度高，架设时间短，从而大大缩短了毫米波通信设备的对准时间，获得用户的好评。