鄭媛媛（浙江舞臺設(shè)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(tǒng)的設(shè)計

鄭媛媛
（浙江舞臺設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州 310051）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)舞臺控制領(lǐng)域融入了大量的新技術(shù)。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(tǒng)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(tǒng)控制器，并采用了嵌入式Linux為操作系統(tǒng)，以便實現(xiàn)對高性能的自由式舞臺車臺控制系統(tǒng)的設(shè)計。

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

1　基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統(tǒng)框架

從系統(tǒng)整體角度來看，基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統(tǒng)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(tài)反饋信息發(fā)送時，利用的為工業(yè)以太網(wǎng)。而在AM9主控器與DSP協(xié)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(tǒng)可以劃分成控制層、管理層和執(zhí)行層。首先，控制層指的是系統(tǒng)上位機，主要負責(zé)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(tǒng)的控制模式分為連續(xù)模式和單步模式。其中，連續(xù)模式可以進行場次預(yù)先設(shè)定，而單步模式則是操作人員根據(jù)現(xiàn)場情況進行系統(tǒng)的操作［1］。其次，系統(tǒng)管理層主要指的是嵌入式主控制器。在該層別，系統(tǒng)會對上位機發(fā)送的命令信息進行判別，并進行系統(tǒng)控制模式的確定。此外，該層別還負責(zé)進行實時數(shù)據(jù)的采集，并需要進行車臺精確導(dǎo)向的實現(xiàn)。再者，在系統(tǒng)的執(zhí)行層，核心電機驅(qū)動控制系統(tǒng)為嵌入式TM320F2812。而該層別主要用來進行管理層發(fā)出的命令的接收，并負責(zé)進行永磁同步電機的控制。

2　自由式舞臺車臺控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1嵌入式系統(tǒng)的選型

嵌入式系統(tǒng)的選型問題是系統(tǒng)設(shè)計的重點問題，將對系統(tǒng)性能造成較大的影響。所以，在進行系統(tǒng)嵌入式硬件選型時，需要根據(jù)系統(tǒng)性能需要，科學(xué)合理的進行不同商家型號產(chǎn)品的選擇。而科學(xué)的完成硬件選型工作，則可以使系統(tǒng)的設(shè)計成本得到降低，并使系統(tǒng)具有較好的性能。而舞臺車臺控制系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)設(shè)計要求，并且能使系統(tǒng)穩(wěn)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(yōu)點，可以使系統(tǒng)擁有更好的性能。而系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)則采用了嵌入式Linux，以便實現(xiàn)系統(tǒng)的移動通信需求，并且同時完成多用戶、多任務(wù)和多線程的操作系統(tǒng)性能的實現(xiàn)。此外，Linux具有病毒少和安全性高的特點，可以滿足系統(tǒng)的安全性需求。

2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計

在系統(tǒng)硬件設(shè)計方面，系統(tǒng)的車臺輪組是由驅(qū)動輪和從動輪構(gòu)成。其中，驅(qū)動輪由驅(qū)動電機驅(qū)動，可以為系統(tǒng)提供前進動力。而從動輪則負責(zé)進行系統(tǒng)運動方向的調(diào)整，并需要支撐車臺重量和保持車臺平衡。其次，系統(tǒng)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(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，并配有完整系統(tǒng)外設(shè)。再者，系統(tǒng)的電源模塊采用車載蓄電池為主要供電電源，而系統(tǒng)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(huán)性的特點，可以滿足系統(tǒng)的設(shè)計需要［3］。系統(tǒng)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(tǒng)存儲模塊的設(shè)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(shù)，可以在完成實時數(shù)據(jù)存儲的同時，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失。

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計

在軟件設(shè)計方面，系統(tǒng)軟件包含了嵌入式Linux操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。其中，嵌入式Linux操作系統(tǒng)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(yīng)用程序提供接口、開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境。而由于Linux為實時多任務(wù)系統(tǒng)內(nèi)核，所以可以獲得強大的軟件支持。在進行該系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)時，需要對底層設(shè)備驅(qū)動程序和上層應(yīng)用程序進行開發(fā)。而一般的情況下，該操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā)需要采用交叉編譯形式，即在目標(biāo)機上進行二進制文件的生成。而在宿主機與目標(biāo)機鏈接的情況下，則可以將編譯的執(zhí)行文件直接下載至目標(biāo)機，繼而完成交叉調(diào)試和優(yōu)化，并最終將調(diào)試好的程序存至程序存儲區(qū)。因此，Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計，使得系統(tǒng)軟件開發(fā)時間得到了節(jié)省。

3　結(jié)語

總而言之，基于嵌入式的自由式舞臺車臺控制系統(tǒng)可以完成運動參數(shù)的采集、電機轉(zhuǎn)速調(diào)整和與上位機通信等多種功能。此外，該系統(tǒng)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(shù)必將成為舞臺技術(shù)的研究熱點。

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

［2］楊智剛.3D組態(tài)技術(shù)在舞臺車臺控制系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用［D］.蘭州理工大學(xué)，2014.

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