基于μC/OS-II 的激光測距系統設計

系統的硬件工作原理是： 該系統主要由本振信號發(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。本振信號發(fā)生器可產(chǎn)生兩個(gè)頻率相差1KHz 的正弦信號，通過(guò)激光發(fā)射電路來(lái)調制發(fā)射激光的功率，再將發(fā)射激光和接收激光分別轉換為相應電信號，然后通過(guò)混頻和濾波放大電路將相位差信息轉移到兩個(gè)低頻的信號上，最后由ARM 9 處理器采集這兩個(gè)低頻信號，并且計算出相位差并轉換為距離，最后由顯示模塊顯示出來(lái)。系統外圍電路包括系統時(shí)鐘、模數轉換ADC、外部中斷、定時(shí)系統、信號捕捉模塊(Capture)、脈寬調制輸出(PWM)等。

3 系統軟件設計

由于本系統軟件功能相對復雜，既有輸入和輸出模塊，又要完成測量操作和數據的處理，對速度和實(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。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，μC/OS-II 提供的基本功能包括任務(wù)的建立、運行、刪除、設置任務(wù)優(yōu)先級、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提供了事件標志、信號量、互斥信號量、郵箱四種機制。本文采用μC/OS-II 實(shí)時(shí)系統，充分體現了其簡(jiǎn)潔、高效的特點(diǎn)。軟件設計主要是μC/OS-II 的移植和任務(wù)的編寫(xiě)。將操作系統移植到ARM9 處理器上，通過(guò)μC/OS-II 內核的任務(wù)調度，可解決傳統嵌入式軟件設計中出現的編程復雜、可維護性差以及系統的實(shí)時(shí)性得不到保證等問(wèn)題。系統軟件包括ARM 的程序設計，基于μC/OS-II 操作系統，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(xiě)，具有較強的可移植性和可讀性。

如圖3 所示，系統軟件由數據的采集、處理、顯示等模塊組成，這些模塊由μC/OS-II 實(shí)時(shí)操作系統統一調度、運行，這樣軟件部分就變成了對各個(gè)任務(wù)模塊程序的編寫(xiě)，數據的采集由AD 采集模塊來(lái)完成，數據的處理由ARM 通信和數據處理模塊、DA 轉換模塊等來(lái)完。顯示主要是液晶的顯示和驅動(dòng)模塊。其中底層驅動(dòng)包括系統硬件的初始化、UART 接口的數據發(fā)送及接收的底層代碼，液晶驅動(dòng)模塊包括液晶屏的點(diǎn)、線(xiàn)、漢字等內容顯示的實(shí)現代碼等等。

4 結束語(yǔ)

本文敘述了相位式激光測距的原理，較為詳細地給出了系統的設計方案，并且采用ARM9 處理器和引入了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μC/OS-II.一方面，實(shí)時(shí)操作系統具有高效的多任務(wù)優(yōu)先級管理、可裁減的內核結構、強大的擴展性和可移植性以及微秒級的中斷管理等都更加有利于提高效率，有效的降低了應用程序開(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)的應用和ARM9 處理器自身的性能給系統提供了優(yōu)良的硬件條件，這樣從整體上提高了測距系統的實(shí)時(shí)性、穩定性、抗干擾性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。