基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統的設計

鄭媛媛（浙江舞臺設計研究院有限公司，浙江杭州 310051）

基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統的設計

鄭媛媛
（浙江舞臺設計研究院有限公司，浙江杭州 310051）

隨著科學技術的不斷發展，傳統舞臺控制領域融入了大量的新技術。在進行舞臺控制的過程中，需要進行多個對象的高精度控制，并且要保證舞臺的安全性和靈活性。而基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統具有強大的性能，可以進行舞臺行走的自由控制，繼而滿足舞臺控制需求。因此，基于這種認識，本文利用嵌入式ARM9處理器為系統控制器，并采用了嵌入式Linux為操作系統，以便實現對高性能的自由式舞臺車臺控制系統的設計。

嵌入式 自由式舞臺車臺 控制系統 設計隨著舞臺技術的不斷發展，舞臺演繹藝術效果在很大程度上依賴于舞臺控制系統。而嵌入式芯片具有移植性好、穩定性強和實時性強等多種優點。所以，采用嵌入式操作系統進行舞臺車臺的控制，不僅可以滿足系統的多任務、實時性控制需求，還可以為系統提供一定的軟件支持。因此，相關人員有必要對基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統的設計問題進行研究，以便達成更好的舞臺藝術效果。

1　基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統框架

從系統整體角度來看，基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統采用的是兩級通信方式。其中，上位機與嵌入式控制器在進行車臺運動命令信息和運動狀態反饋信息發送時，利用的為工業以太網。而在AM9主控器與DSP協控制器通信時，采用的為SPI總線通信方式。所以，從通信方式角度來看，系統可以劃分成控制層、管理層和執行層。首先，控制層指的是系統上位機，主要負責進行車臺控制模式和具體控制策略的選擇。就目前來看，系統的控制模式分為連續模式和單步模式。其中，連續模式可以進行場次預先設定，而單步模式則是操作人員根據現場情況進行系統的操作［1］。其次，系統管理層主要指的是嵌入式主控制器。在該層別，系統會對上位機發送的命令信息進行判別，并進行系統控制模式的確定。此外，該層別還負責進行實時數據的采集，并需要進行車臺精確導向的實現。再者，在系統的執行層，核心電機驅動控制系統為嵌入式TM320F2812。而該層別主要用來進行管理層發出的命令的接收，并負責進行永磁同步電機的控制。

2　自由式舞臺車臺控制系統的設計

2.1嵌入式系統的選型

嵌入式系統的選型問題是系統設計的重點問題，將對系統性能造成較大的影響。所以，在進行系統嵌入式硬件選型時，需要根據系統性能需要，科學合理的進行不同商家型號產品的選擇。而科學的完成硬件選型工作，則可以使系統的設計成本得到降低，并使系統具有較好的性能。而舞臺車臺控制系統的設計，則選用了ARM920T嵌入微處理器［2］。因為該處理器不需要配置額外組件就能滿足系統設計要求，并且能使系統穩定性得到提高。此外，該微處理器還具有價格低和功耗小等優點，可以使系統擁有更好的性能。而系統的嵌入式操作系統則采用了嵌入式Linux，以便實現系統的移動通信需求，并且同時完成多用戶、多任務和多線程的操作系統性能的實現。此外，Linux具有病毒少和安全性高的特點，可以滿足系統的安全性需求。

2.2系統硬件設計

在系統硬件設計方面，系統的車臺輪組是由驅動輪和從動輪構成。其中，驅動輪由驅動電機驅動，可以為系統提供前進動力。而從動輪則負責進行系統運動方向的調整，并需要支撐車臺重量和保持車臺平衡。其次，系統控制器的主控板采用的為ARM920T微處理器，可以進行高速緩沖體系結構的實現，并配有完整系統外設。再者，系統的電源模塊采用車載蓄電池為主要供電電源，而系統的動力源則由電動車輛專用電池組提供。而蓄電池具有放電小、免維護和高循環性的特點，可以滿足系統的設計需要［3］。系統在進行24AH的蓄電池安裝后，帶有四臺永磁同步電機能夠滿載荷行走15分鐘。此外，在系統存儲模塊的設計方面，采用了隨機存儲器SDRAM和程序存儲器Nand Flash。而該兩種存儲器使用的為非易失閃存技術，可以在完成實時數據存儲的同時，避免系統數據的丟失。

2.3系統軟件設計

在軟件設計方面，系統軟件包含了嵌入式Linux操作系統和應用軟件。其中，嵌入式Linux操作系統需要完成對微處理器上的硬件資源的配置和管理，并為上層應用程序提供接口、開發環境和運行環境。而由于Linux為實時多任務系統內核，所以可以獲得強大的軟件支持。在進行該系統的嵌入式應用軟件開發時，需要對底層設備驅動程序和上層應用程序進行開發。而一般的情況下，該操作系統的應用軟件開發需要采用交叉編譯形式，即在目標機上進行二進制文件的生成。而在宿主機與目標機鏈接的情況下，則可以將編譯的執行文件直接下載至目標機，繼而完成交叉調試和優化，并最終將調試好的程序存至程序存儲區。因此，Linux操作系統的應用軟件設計，使得系統軟件開發時間得到了節省。

3　結語

總而言之，基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統可以完成運動參數的采集、電機轉速調整和與上位機通信等多種功能。此外，該系統具有較強的抗干擾性，并且可以滿足舞臺的實時控制需求。因此，隨著人們的舞臺文化需求的逐漸增多，基于嵌入式的舞臺車臺控制技術必將成為舞臺技術的研究熱點。

［1］張巖，楊智剛.基于組態技術的舞臺車臺3D監控軟件的實現［J］.工業儀表與自動化裝置，2014，04（01）：117-120.

［2］楊智剛.3D組態技術在舞臺車臺控制系統中的研究與應用［D］.蘭州理工大學，2014.

［3］張艷麗，王金海，陳才和.嵌入式舞臺控制系統遠程監控的研究與設計［J］.微計算機信息，2015，19（21）：43-49.