红外相机CASCAM的电动系统设计

    0 引言

    为满足我国天文学研究发展的需要,改变目前国内红外观测设备严重落后的状况,/天体剧烈活动的多波段观测和研究0攀登计划项目于2001年3月实施红外相机CASCAM (Chinese Academy of Sciences, CAMera)的研制方案,用以配备我国兴隆2116 m望远镜开展近红外天文观测。该相机以红外列阵HAWAII-1和光学CCD为探测器,采用成像和偏振成像模式和双层滤光片轮结构,可实现014~215Lm波长范围内光学和近红外的多波段同时观测。整个相机将需要5个滤光片轮(其中光学波段2个,近红外波段3个)用于选择观测波段和成像模式。每个滤光片轮上安装有6个滤光片,通过电机驱动滤光片轮旋转以选择不同的滤光片。5个滤光片轮需要5个电机加以驱动。为实现光学和近红外的同时观测,相机的电动系统应当能够自由选择5个电机中的任一个进行控制,每个电机都可以准确定位、复位。因此,相机的电动系统应当实现以下3个主要目标: (1),能够自由选择所要控制的滤光片轮; (2),能够自由选择并准确定位所需要的滤光片; (3),每个滤光片轮都可以准确复位。

    1 设计方案

    考虑到相机对电动系统的要求,我们采用步进电动机作为系统的驱动电机,使用单片机对之控制。步进电机是纯粹的数字电动机,可将电脉冲信号转变为角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转一个角度,因此非常适合单片机的控制。步进电机的驱动器将采用专门的集成芯片。通过电机选择电路,可以选取所要控制的电机。电机的位置信息通过位置传感器反馈给单片机以实现电机的准确复位。电机的控制程序将采用汇编语言编写并固化在单片机中。通过PC机(上位机)和单片机之间的串行通讯, PC机调用单片机中的程序,执行对步进电机的控制。系统的总体框图如图1所示。

    2 系统简介

    系统采用的单片机为ATMEL公司生产的AT90S8515单片机。该单片机是ATMEL公司生产的一种功能强大的AVR单片机,为很多嵌入式控制应用系统提供了一个高度灵活有效的解决方案。AT90S8515具有以下特征: 8K字节可下载的Flash存储器; 512字节在线可编程EEPROM; 512字节SRAM; 1个具有比较模式的可预分频(Prescale)的8位定时器/计数器; 1个可预分频、具有比较、捕捉和2个8/9/10位PWM功能的16位定时器/计数器;带内部晶振的可编程的看门狗定时器; 32个通用工作寄存器;可编程的全双工UART串行口; 32个可编程I/O脚;一个为下载程序而设计的SPI串行口等等。工作于空闲模式时, CPU将停止运行,而寄存器、定时器/计数器、看门狗和中断系统继续工作;掉电模式时,振荡器停止工作,所有功能都被禁止,而寄存器内容得到保留。有关AT90S8515的具体性能请参考文献[1]。