天文望远镜的自动控制系统硬件设计

　　1 望远镜的自动控制系统总体简介

　　该系统主要包括: 上位机、下位机、智能把手控制盒、高精度赤经赤纬增量式正弦编码器、锁相低精度增量式编码器、智能驱动功放等。与传统构成方式相比较, 本系统设计突出了智能功能的应用(图1)。

　　2 PC 机部分介绍

　　上位机(PC 机) 即一台电脑, 从计算机系统的SKYMAP 星图软件中提取待寻天体的坐标, 并做一系列换算, 通过RS232 串行口与下位机交换数据和命令。

　　3 下位机部分介绍

　　下位机主要是选用双串口微处理器W77E58 , 通过两路RS232 串行口分别与上位机以及智能把手相互交换数据( 见图2), 以四倍频细分的方式采集赤经、赤纬增量式圆光栅编码器的角度值, 实现位置闭环。还配备了具有时间校准及断电保护功能的地方恒星时时钟。此外, 系统还备有 8K E2PROM和控制赤经、赤纬的智能驱动模块等。

　　4 把手盒部分介绍

　　作为系统人机对话的控制核心, 智能把手控制盒采用89C51 微处理器, 备有系统工作状态指示灯, 它们分别是: 赤经恒动, 赤经+/- 快慢微动, 赤纬+/- 快慢微动, 系统故障指示等6 只。还设有时角、赤纬各7 位数码显示, 分别显示体时角( 时分秒) 以及赤纬( 度分秒)。配有RS232 串行口与下位机交换数据, 作为人机对话的输入设备的微键盘有22 只键, 他们分别为: 0-9数字键10 只、α/δ置数键2 只、标定功能键和寻标功能键各1 只、赤经赤纬正反快慢微动控制键8 只。脱开上位机, 利用把手控制盒可以单独设置目标星的赤经和赤纬; 自动校正望远镜的指向误差; 确定望远镜的绝对零点( 即标定: 采用天顶附近的星作为参照, 校正望远镜位置的绝对零点), 望远镜的标定位置便保存到断电保护寄存器中, 今后开机就不必重复作标定操作。赤经赤纬位置编码器计数器、判相电路、4 倍频电路等逻辑电路都采用了XC95108- 84 大规模门阵编程方法来完成, 因此他们的可靠性, 可修改性及保密性都极佳, 即具有柔性化的特点。

　　5 驱动部分以及锁相跟踪控制

　　赤经和赤纬智能驱动模块( 图3) 均由89C2051 微处理器与PWM驱动功放构成, 只是赤经模块比赤纬模块多了一个恒动锁相跟踪环。

　　智能驱动功放由89C2051 微处理器、12 位双极性D/A、琐相环、放大校正环节、速度环、电流环、15KHZ锯齿波发生器及脉宽调制器、PWM驱动器以及保护电路等组成, 集成为高精度数字化控制模块.智能驱动功放接收下位机的四位编码信号, 高四位为控制赤经编码, 低四位为控制赤纬编码, 四位编码可以有16 种控制状况, 足以满足手动、自动控制状态要求。手动控制时,按照常规要求来设置望远镜速度: 由12 位双极性D/A 输出控制电压, 此模拟量由89C2051 选通模拟开关4066 经放大校正环节馈给脉宽调制器,控制脉冲宽度, 以达到控制速度的目的。望远镜的径轴和赤纬轴均由直流伺服电机驱动, 机械传动比皆为5400:1, 手控望远镜的驱动速度为: