基于Zigbee无线网络的LAMOST光纤定位控制系统设计

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LAMOST(LargeskyAreaMulti-ObjectfiberSpectroscopicTelescope,大天区多目标光纤光谱天文望远镜)是一台兼备大视场和大口径的反射式施密特天文望远镜,其有效通光口径为4m,焦距为20m,视场达21平方度,可观测的覆盖天区超过2万平方度。在位于主镜焦面处的直径为1.75m的焦面板上,按要求在观测对象的位置上蜂窝状布置4,000根光纤,用来对几千个天体目标进行观测。为了将光纤移动到所需观测的星象上,我们设计了双回转结构的光纤定位单元。它包括臂长相等的一中心回转轴和一偏心回转轴,中心轴和偏心轴的回转范围分别为0°~360°和0°~180°,用步进电机驱动,并设有位置参考点。它们的组合运动可保证双回转定位机构在整个圆区域内的定位。每个光纤定位单元控制区域直径为33mm。 本文提出了一种基于Zigbee无线网络的驱动前置方案,并采用无线通讯模式,与传统的长线控制驱动控制方式相比可以节省95%以上的外接电线,降低了安装难度,节省了焦面板,背面的安装空间。这套系统可以完成光纤定位单元所需的定位、回零等各种功能,并能将零位等信息反馈到控制主机,控制主机可根据反馈的结果给出下一步的决策。我们采用的Zigbee无线通信技术,是一种低功耗、低数据速率、低成本的技术,适合于进行低数据率传输的低成本设备,满足本系统的需求。LAMOST光纤定位系统共有4000个定位单元,采用Zigbee无线控制系统,则共有4000个驱动节点。我们采用的Zigbee芯片可以使用16个不同信道进行数据通讯,考虑到系统通讯的时间要求以及信道间的相互干扰,我们选择了四个工作信道,将4000个节点平均分配到这四个信道,每1000个节点由一个主节点进行协调控制,组成一个简单网络。四个主节点通过CAN总线与电脑主机相连,这样就组成了一个控制系统。
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