基于μC/OS-II 的激光測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件工作原理是： 該系統(tǒng)主要由本振信號(hào)發(fā)生器、激光的發(fā)射電路和接收電路、混頻及濾波電路、處理器與顯示電路等部分組成。本振信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生兩個(gè)頻率相差1KHz 的正弦信號(hào)，通過(guò)激光發(fā)射電路來(lái)調(diào)制發(fā)射激光的功率，再將發(fā)射激光和接收激光分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)，然后通過(guò)混頻和濾波放大電路將相位差信息轉(zhuǎn)移到兩個(gè)低頻的信號(hào)上，最后由ARM 9 處理器采集這兩個(gè)低頻信號(hào)，并且計(jì)算出相位差并轉(zhuǎn)換為距離，最后由顯示模塊顯示出來(lái)。系統(tǒng)外圍電路包括系統(tǒng)時(shí)鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC、外部中斷、定時(shí)系統(tǒng)、信號(hào)捕捉模塊(Capture)、脈寬調(diào)制輸出(PWM)等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)軟件功能相對(duì)復(fù)雜，既有輸入和輸出模塊，又要完成測(cè)量操作和數(shù)據(jù)的處理，對(duì)速度和實(shí)時(shí)性要求比較高，為此本文采用了μC/OS-II 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。μC/OS-II 是一種簡(jiǎn)單、高效、源代碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，μC/OS-II 提供的基本功能包括任務(wù)的建立、運(yùn)行、刪除、設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)、進(jìn)行任務(wù)切換等，并且為任務(wù)之間的通信和共享資源的保護(hù)提供了事件標(biāo)志、信號(hào)量、互斥信號(hào)量、郵箱四種機(jī)制。本文采用μC/OS-II 實(shí)時(shí)系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了其簡(jiǎn)潔、高效的特點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)主要是μC/OS-II 的移植和任務(wù)的編寫。將操作系統(tǒng)移植到ARM9 處理器上，通過(guò)μC/OS-II 內(nèi)核的任務(wù)調(diào)度，可解決傳統(tǒng)嵌入式軟件設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的編程復(fù)雜、可維護(hù)性差以及系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得不到保證等問(wèn)題。系統(tǒng)軟件包括ARM 的程序設(shè)計(jì)，基于μC/OS-II 操作系統(tǒng)，選用Keil uVision3 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，所有程序代碼都采用C 語(yǔ)言來(lái)編寫，具有較強(qiáng)的可移植性和可讀性。

如圖3 所示，系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示等模塊組成，這些模塊由μC/OS-II 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、運(yùn)行，這樣軟件部分就變成了對(duì)各個(gè)任務(wù)模塊程序的編寫，數(shù)據(jù)的采集由AD 采集模塊來(lái)完成，數(shù)據(jù)的處理由ARM 通信和數(shù)據(jù)處理模塊、DA 轉(zhuǎn)換模塊等來(lái)完。顯示主要是液晶的顯示和驅(qū)動(dòng)模塊。其中底層驅(qū)動(dòng)包括系統(tǒng)硬件的初始化、UART 接口的數(shù)據(jù)發(fā)送及接收的底層代碼，液晶驅(qū)動(dòng)模塊包括液晶屏的點(diǎn)、線、漢字等內(nèi)容顯示的實(shí)現(xiàn)代碼等等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文敘述了相位式激光測(cè)距的原理，較為詳細(xì)地給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并且采用ARM9 處理器和引入了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II.一方面，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有高效的多任務(wù)優(yōu)先級(jí)管理、可裁減的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的擴(kuò)展性和可移植性以及微秒級(jí)的中斷管理等都更加有利于提高效率，有效的降低了應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的難度，有利于提高軟件開(kāi)發(fā)效率和開(kāi)發(fā)周期的縮短。另一方面，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用和ARM9 處理器自身的性能給系統(tǒng)提供了優(yōu)良的硬件條件，這樣從整體上提高了測(cè)距系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、抗干擾性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。