鄭媛媛（浙江舞臺(tái)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 310051）

基于嵌入式的自由式舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄭媛媛
（浙江舞臺(tái)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 310051）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)舞臺(tái)控制領(lǐng)域融入了大量的新技術(shù)。在進(jìn)行舞臺(tái)控制的過程中，需要進(jìn)行多個(gè)對(duì)象的高精度控制，并且要保證舞臺(tái)的安全性和靈活性。而基于嵌入式的自由式舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)具有強(qiáng)大的性能，可以進(jìn)行舞臺(tái)行走的自由控制，繼而滿足舞臺(tái)控制需求。因此，基于這種認(rèn)識(shí)，本文利用嵌入式ARM9處理器為系統(tǒng)控制器，并采用了嵌入式Linux為操作系統(tǒng)，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)高性能的自由式舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

嵌入式 自由式舞臺(tái)車臺(tái) 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)隨著舞臺(tái)技術(shù)的不斷發(fā)展，舞臺(tái)演繹藝術(shù)效果在很大程度上依賴于舞臺(tái)控制系統(tǒng)。而嵌入式芯片具有移植性好、穩(wěn)定性強(qiáng)和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)。所以，采用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行舞臺(tái)車臺(tái)的控制，不僅可以滿足系統(tǒng)的多任務(wù)、實(shí)時(shí)性控制需求，還可以為系統(tǒng)提供一定的軟件支持。因此，相關(guān)人員有必要對(duì)基于嵌入式的自由式舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行研究，以便達(dá)成更好的舞臺(tái)藝術(shù)效果。

1　基于嵌入式的自由式舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)框架

從系統(tǒng)整體角度來看，基于嵌入式的自由式舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)采用的是兩級(jí)通信方式。其中，上位機(jī)與嵌入式控制器在進(jìn)行車臺(tái)運(yùn)動(dòng)命令信息和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋信息發(fā)送時(shí)，利用的為工業(yè)以太網(wǎng)。而在AM9主控器與DSP協(xié)控制器通信時(shí)，采用的為SPI總線通信方式。所以，從通信方式角度來看，系統(tǒng)可以劃分成控制層、管理層和執(zhí)行層。首先，控制層指的是系統(tǒng)上位機(jī)，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行車臺(tái)控制模式和具體控制策略的選擇。就目前來看，系統(tǒng)的控制模式分為連續(xù)模式和單步模式。其中，連續(xù)模式可以進(jìn)行場(chǎng)次預(yù)先設(shè)定，而單步模式則是操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行系統(tǒng)的操作［1］。其次，系統(tǒng)管理層主要指的是嵌入式主控制器。在該層別，系統(tǒng)會(huì)對(duì)上位機(jī)發(fā)送的命令信息進(jìn)行判別，并進(jìn)行系統(tǒng)控制模式的確定。此外，該層別還負(fù)責(zé)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，并需要進(jìn)行車臺(tái)精確導(dǎo)向的實(shí)現(xiàn)。再者，在系統(tǒng)的執(zhí)行層，核心電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為嵌入式TM320F2812。而該層別主要用來進(jìn)行管理層發(fā)出的命令的接收，并負(fù)責(zé)進(jìn)行永磁同步電機(jī)的控制。

2　自由式舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1嵌入式系統(tǒng)的選型

嵌入式系統(tǒng)的選型問題是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題，將對(duì)系統(tǒng)性能造成較大的影響。所以，在進(jìn)行系統(tǒng)嵌入式硬件選型時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)性能需要，科學(xué)合理的進(jìn)行不同商家型號(hào)產(chǎn)品的選擇。而科學(xué)的完成硬件選型工作，則可以使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本得到降低，并使系統(tǒng)具有較好的性能。而舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，則選用了ARM920T嵌入微處理器［2］。因?yàn)樵撎幚砥鞑恍枰渲妙~外組件就能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，并且能使系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提高。此外，該微處理器還具有價(jià)格低和功耗小等優(yōu)點(diǎn)，可以使系統(tǒng)擁有更好的性能。而系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)則采用了嵌入式Linux，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移動(dòng)通信需求，并且同時(shí)完成多用戶、多任務(wù)和多線程的操作系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)。此外，Linux具有病毒少和安全性高的特點(diǎn)，可以滿足系統(tǒng)的安全性需求。

2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)的車臺(tái)輪組是由驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪構(gòu)成。其中，驅(qū)動(dòng)輪由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以為系統(tǒng)提供前進(jìn)動(dòng)力。而從動(dòng)輪則負(fù)責(zé)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方向的調(diào)整，并需要支撐車臺(tái)重量和保持車臺(tái)平衡。其次，系統(tǒng)控制器的主控板采用的為ARM920T微處理器，可以進(jìn)行高速緩沖體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，并配有完整系統(tǒng)外設(shè)。再者，系統(tǒng)的電源模塊采用車載蓄電池為主要供電電源，而系統(tǒng)的動(dòng)力源則由電動(dòng)車輛專用電池組提供。而蓄電池具有放電小、免維護(hù)和高循環(huán)性的特點(diǎn)，可以滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要［3］。系統(tǒng)在進(jìn)行24AH的蓄電池安裝后，帶有四臺(tái)永磁同步電機(jī)能夠滿載荷行走15分鐘。此外，在系統(tǒng)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)方面，采用了隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM和程序存儲(chǔ)器Nand Flash。而該兩種存儲(chǔ)器使用的為非易失閃存技術(shù)，可以在完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的同時(shí)，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失。

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)軟件包含了嵌入式Linux操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。其中，嵌入式Linux操作系統(tǒng)需要完成對(duì)微處理器上的硬件資源的配置和管理，并為上層應(yīng)用程序提供接口、開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。而由于Linux為實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)內(nèi)核，所以可以獲得強(qiáng)大的軟件支持。在進(jìn)行該系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)時(shí)，需要對(duì)底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和上層應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)。而一般的情況下，該操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā)需要采用交叉編譯形式，即在目標(biāo)機(jī)上進(jìn)行二進(jìn)制文件的生成。而在宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)鏈接的情況下，則可以將編譯的執(zhí)行文件直接下載至目標(biāo)機(jī)，繼而完成交叉調(diào)試和優(yōu)化，并最終將調(diào)試好的程序存至程序存儲(chǔ)區(qū)。因此，Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)軟件開發(fā)時(shí)間得到了節(jié)省。

3　結(jié)語

總而言之，基于嵌入式的自由式舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)可以完成運(yùn)動(dòng)參數(shù)的采集、電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整和與上位機(jī)通信等多種功能。此外，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾性，并且可以滿足舞臺(tái)的實(shí)時(shí)控制需求。因此，隨著人們的舞臺(tái)文化需求的逐漸增多，基于嵌入式的舞臺(tái)車臺(tái)控制技術(shù)必將成為舞臺(tái)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

［1］張巖，楊智剛.基于組態(tài)技術(shù)的舞臺(tái)車臺(tái)3D監(jiān)控軟件的實(shí)現(xiàn)［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2014，04（01）：117-120.

［2］楊智剛.3D組態(tài)技術(shù)在舞臺(tái)車臺(tái)控制系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用［D］.蘭州理工大學(xué)，2014.

［3］張艷麗，王金海，陳才和.嵌入式舞臺(tái)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的研究與設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2015，19（21）：43-49.