基于μC/OS-II 的激光測距系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的硬件工作原理是： 該系統(tǒng)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)生兩個頻率相差1KHz 的正弦信號，通過激光發(fā)射電路來調(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，然后通過混頻和濾波放大電路將相位差信息轉(zhuǎn)移到兩個低頻的信號上，最后由ARM 9 處理器采集這兩個低頻信號，并且計算出相位差并轉(zhuǎn)換為距離，最后由顯示模塊顯示出來。系統(tǒng)外圍電路包括系統(tǒng)時鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC、外部中斷、定時系統(tǒng)、信號捕捉模塊(Capture)、脈寬調(diào)制輸出(PWM)等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

由于本系統(tǒng)軟件功能相對復(fù)雜，既有輸入和輸出模塊，又要完成測量操作和數(shù)據(jù)的處理，對速度和實時性要求比較高，為此本文采用了μC/OS-II 實時操作系統(tǒng)。μC/OS-II 是一種簡單、高效、源代碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)，μC/OS-II 提供的基本功能包括任務(wù)的建立、運行、刪除、設(shè)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(hù)提供了事件標(biāo)志、信號量、互斥信號量、郵箱四種機制。本文采用μC/OS-II 實時系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了其簡潔、高效的特點。軟件設(shè)計主要是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)計中出現(xiàn)的編程復(fù)雜、可維護(hù)性差以及系統(tǒng)的實時性得不到保證等問題。系統(tǒng)軟件包括ARM 的程序設(shè)計，基于μC/OS-II 操作系統(tǒng)，選用Keil uVision3 集成開發(fā)環(huán)境，所有程序代碼都采用C 語言來編寫，具有較強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 實時操作系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、運行，這樣軟件部分就變成了對各個任務(wù)模塊程序的編寫，數(shù)據(jù)的采集由AD 采集模塊來完成，數(shù)據(jù)的處理由ARM 通信和數(shù)據(jù)處理模塊、DA 轉(zhuǎn)換模塊等來完。顯示主要是液晶的顯示和驅(qū)動模塊。其中底層驅(qū)動包括系統(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)動模塊包括液晶屏的點、線、漢字等內(nèi)容顯示的實現(xiàn)代碼等等。

4 結(jié)束語

本文敘述了相位式激光測距的原理，較為詳細(xì)地給出了系統(tǒng)的設(shè)計方案，并且采用ARM9 處理器和引入了嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II.一方面，實時操作系統(tǒng)具有高效的多任務(wù)優(yōu)先級管理、可裁減的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、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(yīng)用程序開發(fā)的難度，有利于提高軟件開發(fā)效率和開發(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距系統(tǒng)的實時性、穩(wěn)定性、抗干擾性，具有一定的實用價值。