基于DSP的傳感器制備系統(tǒng)的設(shè)計方案

基于光機電技術(shù)和控制理論,以TMS320LF2407A 數(shù)字信號處理器為核心,建立了一種數(shù)字式的傳感器制備系統(tǒng)。根據(jù)傳感器制備系統(tǒng)的機械原理、總體結(jié)構(gòu)和各個組成部分的實現(xiàn)方式,提出了基于TMS320LF2407A 的控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

在分析血糖時,配置相關(guān)的一系列溶液,通過給金針或銀針按照特定的流程與方法鍍上溶液膜,一段反應(yīng)時間后形成傳感器特性。為了達到自動化生產(chǎn)的目的,需要考慮相應(yīng)的機械動作的實現(xiàn)方式、精確度、速度和位置要求等;由于生產(chǎn)過程中4 個溶液槽裝有不同的配置溶液,需要根據(jù)臨時的狀況人為地調(diào)整、控制每種溶液的鍍膜次數(shù),所以,把整套系統(tǒng)分為4 個獨立的子系統(tǒng),它們的機械動作和實現(xiàn)要求完全一樣。

系統(tǒng)的動作主要分為上下和前后位移,由于鍍膜過程中要求傳感器進出膜孔板的長度與時間都有相關(guān)的要求,考慮到生產(chǎn)時間的高效性,所以,采用變速的方式實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程。機械部分通過步進電機帶動滾珠絲杠和導(dǎo)軌完成, 電子部分則采用TMS320LF2407A 實現(xiàn)對步進電機的控制。

機械設(shè)計原理

脈沖當量的確定
　　
采用的脈沖當量為0.005 mm/ 步,若步進電機以1kHz 頻率工作,則1ms走一步,工作臺1s移動的距離為5mm.
　
確定步進電機的型號并驗算
　　
系統(tǒng)選擇的是混合式步進電機,根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)可計算出等效轉(zhuǎn)動慣量和負載轉(zhuǎn)矩。為了使步進電機獲得良好的啟動能力和較快的響應(yīng)速度,轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)矩匹配條件分析為
J el/ Jm ≤4 , Tel/ Tmax ≤0.5
式中: J el為負載轉(zhuǎn)動慣量,kgm2 ; Jm 為步進電機自身的轉(zhuǎn)動慣量,kgm2 ; Tmax為步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩,Nm; Tel為負載等效力矩,Nm.

控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架見圖1。每個子系統(tǒng)都有4 鍵的鍵盤控制,功能分別為啟動、換板- 上升、換板- 下降、復(fù)位。

用LF2407 控制兩個步進電機,其事件管理器共可以產(chǎn)生16 路PWM 脈沖,而每個步進電機需要2 路PWM,一路用于轉(zhuǎn)向控制,一路用于步進控制。

通過LF2407 的SPI 口與E2PROM 通信,可以保證電機在掉電過程中不丟失信息,具體方法為每次中斷時通過SPI 向E2PROM 中寫入相應(yīng)的電機控制參數(shù),上電時bootlader 即可,而且電機驅(qū)動器有相位記憶功能,這樣就可以保證電機在掉電后的正常運行。

考慮系統(tǒng)運行過程中的一些突發(fā)事故, 利用PDPINTA/ B 引腳,連接一個光電隔離TPL521 ,就能實現(xiàn)過電流保護等故障保護功能。

由于系統(tǒng)中對步進電機的速度控制有一定要求,故需細分以保證平穩(wěn),采用SVPWM方法實現(xiàn)。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

程序由6 大功能模塊組成,分別為初始化模塊、PWM設(shè)置模塊、鍵盤掃描塊、鍵盤服務(wù)模塊、電機控制模塊、SPI 收發(fā)模塊。電機控制模塊如圖2 所示,由于步進電機的運行頻率低于最高啟動頻率,所以,不必考慮加減速控制;中斷為定時器周期中斷。這樣,每次周期中斷調(diào)用一次電機控制模塊,實現(xiàn)對步進電機的速度、啟動與停止的控制。

結(jié)論

系統(tǒng)采用單片TMS320LF2407A ,充分利用了DSP豐富的片內(nèi)資源和高速運算能力,保證了系統(tǒng)控制的實時性,有效地簡化了硬件設(shè)計。