一种高精度天线伺服系统

kjdskj

摘要:本文介绍了一种基于51单片机控制的高精度微波辐射计天线伺服系统,详细分析了其测角原理、定位精度、步进电机
控制原理和RS485接口的原理。实验结果表明,该系统运行平稳,响应迅速,定位精度高。
关键词:天线伺服系统; 51单片机; RS485接口
1引言
! [8 X2 T# f: d% K9 \微波辐射计是利用微波对大气、地面物体和海洋目标进行
遥感的一种设备，是一种高灵敏度的低噪声宽带微波接收机。.
它凭借辐射计的接收天线接收目标的微波辐射能量,以获得遥
感目标的特性。因此,其天线的好坏对整个微波辐射计的性能
和用途影响极大。辐射计天线系统放在-一个高精度的二二维转台
上,并根据微波辐射计测控计算机的控制指令,将天线指向所
3 c+ C, s; r4 j. P. O9 V: Q需方向。
该微波辐射计要求天线伺服系统的位置分辨率不低于3
分,指向精度不低于0.1度,旋转速度分高、中、低3档,能实时
$ X5 E  f+ b+ B7 x* h传送和显示天线的实际位置,为达到这些要求,本系统用闭环
$ C% R2 L) {5 r( {" S+ D控制技术构成全数字高精度天线伺服系统。该伺服系统具有结
) Y: ]& ^8 ?* i! A1 z构小巧、重量轻、功耗低等特点。实际运行结果表明,系统运行
平稳,响应迅速,精度很高。
2伺服系统的总体结构和工作原理
; ]7 I  z3 y2 a; x0 Z* X2.1总体结构
本系统采用方位和俯仰双轴结构，以方位转台为底座，上
面安装俯仰转台,控制天线反射板的转动,以获得天线对不同
8 p, V: I2 @3 l角度的目标信息采集。方位转台可在0- -360 度之间运转,方位
转台上安装有2个限位光电开关，-个在0度，另-一个在360
度,用来校正角度和防止方位轴连续旋转引起绞线;俯仰转台
* b  _* I8 n% A9 Y. k可在0-90度之间旋转,俯仰转台上安装有2个限位开关,用来
/ [( d+ a  ], @5 k% g/ i- u校正角度信息和防止俯仰轴连续旋转引起天线反射面机械挤
" A0 R: [) V+ \4 g. E0 l/ `9 I压变形。这样设计可以实现在运转范围内的任意空间位置的伺
) j, d5 t  ?4 {服定位。
, z# h2 Y, Z& W" r7 Q5 d2 ], V微波辐射计测控计算机与伺服系统之间通过RS- 485接口
进行信息交换。伺服系统采用一块AT89C51单片机作为主控
芯片;一块AT89C2051单片机作为执行芯片,用于产生步进脉
; d: g- D5 z7 R9 E& ], @冲和转向脉冲;采用恒频脉宽调制细分式步进电机驱动器和混

0 m$ ?9 V3 g1 s% J合式步进电机作为执行元件,以金属码盘和CK405光电开关进
行实时位置检测,步进电机停止时的俯仰和方位角度信息存储
于I2C芯片AT24C01A中。
* W4 b0 Q; ?" n  E* d2.2工作原理
微波辐射计测控计算机通过RS- -485接口向伺服系统发送
* S1 @" ]8 w! ]) j! h2 C控制指令，伺服系统中的AT89C51 接收到指令后参照
AT24C01A中存储的角度信息,得出步进电机的旋转方向，然后
向AT89C2051单片机发送动作指令, AT89C2051单片机根据接
收到的指令发出步进脉冲和转向脉冲按--定的加速度进行加
( X6 H. y4 L) c6 ~速或减速控制步进电机的运转。天线转过的角度位置利用
; K3 p  ^8 K) R+ U) KGK405光电开关的光线被旋转的金属码盘遮挡产生的脉冲信
9 I# N$ Q- ?9 W号进行实时检测,实现角度位置的反馈测量。伺服系统发送转
# N8 W/ [6 }; O8 f台位置信息和系统自检状态信息给测控计算机。
2.3测角原理及精度分析
+ q( W/ B' _3 \/ E) k7 ~6 o: ]金属码盘安装在步进电机的轴上,电机旋转带动码盘在光
/ F7 s/ L( Q* O3 D$ w' U7 g: H电开关的开槽中转动,码盘边沿均匀地开有一些缺口,对光电
管发射的光线有切割作用,在接收管.上由于光线的通断就会输
  z) t! ]) ?8 x5 J0 t: O出一个电压脉冲,一个缺口对应于-一个电压脉冲。
码盘安装的位置到天线轴的减速比是已知的。本伺服系统
中减速比为80:1 ,伺服系统天线位置分辨率设计为3' ,即光电
管每产生-一个电压脉冲,就意昧着天线转过了一个3'的角度,
设天线旋转3' 时码盘所旋转的角度为φ，则:
) y. K' e) x3 Y- f" f) w: Qφ=3'x80= 240 =4°
那么,码盘上的缺口数n应为:
n= 360*149 =90(个)
即码盘上每隔4°均匀地分布着90个缺口，码盘在光电管
4 Q% Y" B7 o3 p: F  ]" n% u的开槽中连续旋转,光电管就会输出一-系列的电压脉冲,每个
电压脉冲就表示天线转过了一个3'的角度，单片机通过检测这
些脉冲,并对其进行计数,经过换算就可以确定出天线的实际
+ c0 x3 X1 \  w5 w9 Q# w5 F位置。
1 M7 L$ u5 i6 O9 K; w  |
' |3 Q& X/ e5 }- c. o

附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

feishangt

微波辐射计测控计算机与伺服系统之间通过RS- 485接口进行信息交换