500米口径射电望远镜FAST分布式通信系统的设计

　　0　引言

　　FAST ( Five-hundred Meter ApertureSpherical Telescope)500m口径球面射电望远镜是国际大射电望远镜计划在中国的一项先导工程。计划在某喀斯特地貌地区建造口径D=500m的射电望远镜,频率覆盖米波-分米波-厘米波波段(0.3～8.8GHz)[1]。

　　球面射电望远镜的成功实例是美国的Arecibo305m口径天线。Arecibo型天线有几个不足:(1)造价太高;(2)只适用于单频工作;(3)跟踪精度不高。为解决Arecibo型球面射电望远镜存在的问题,研究人员提出了新的设计思想:在设计中尽可能地以软件代替硬件,以光、电等技术代替纯机械技术,以光、机、电的一体化设计代替单纯机械设计。在FAST光机电一体化设计中对馈源位置和姿态的控制是通过不断地调整6根悬索的长度来实现的,在跟踪星体确定后,馈源在整个跟踪过程的运动曲线就可以确定,由馈源在各跟踪点的位置和姿态就可由悬链线方程精确算出悬索长度的变化。控制系统只要能够精确地控制悬索长度的变化就可完成对馈源位置和姿态调整[2,3]。

　　1　FAST系统分布式控制结构方案

　　大射电望远镜FAST系统为分布式控制结构。馈源舱由6根悬索控制,6根悬索的支撑塔均匀分布在直径为500m的圆上,塔台顶端到反射面低的高度差为250m,悬索长度由8098单片机组成的伺服系统控制。因此,FAST系统是由工控计算机为上位机、6台8098单片机为下位机的分布式控制系统。其控制结构如图1所示。

　　2　多机通信原理及数据通信

　　2.1　多机通信原理

　　在控制分散、信息集中的分布式控制系统中,数据通信具有十分重要的地位。PC机硬件具有较强的串行通信功能,通过对异步接收器/发送器8250的编程,可实现RS-232C与其他计算机的信息传输。PC机串行帧包括:一个起始位,5～8个数据位,一个奇偶校验位,1、1.5或2个停止位。MCS-98系列单片机的串行帧格式与PC机类似。

　　PC机对多点8098单片机通信时串行口应工作在方式2和方式3。原理如下:通信开始,上下位机均工作于方式2。主机发送1条11位地址帧:1个起始位,8个数据位,1个可编程的第9位,1个停止位,其中可编程的第9数据位为1。当工作于方式2的下位机8098接收到地址帧时,所有下位机均发生接收中断,并判断上位机所发来的地址帧中8位数据所确定的地址码(实际是辨识符,比如规定下位机为“01”号,等等)是否与自己地址相符,相符者立即转为方式3,无论上位机传送来的第9位是1还是0均始终工作于中断开放状态,而上位机在送出地址帧后,紧接着送出数据帧(第9数据位为0)。仍按方式2工作的下位机不能接收这个数据帧,继续处理自己的事项。