電致生物效應(yīng)高壓脈沖源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．3 鍵盤(pán)、顯示與數(shù)據(jù)掉電保存模塊
電致生物效應(yīng)源的操作界面由1×5鍵盤(pán)和65536真彩色圖形智能液晶顯示器件組成。5個(gè)按鍵直接用單片機(jī)的IO口掃描獲得鍵值。液晶器件內(nèi)置了32位ARM處理器和RS232串口，這樣可以與任何具有串口功能的MPU方便連接，適合產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)。
掉電數(shù)據(jù)保存芯片除了保存用戶(hù)參數(shù)外，也用于程序的中間變量存儲(chǔ)。EEPROM芯片是常用的低成本掉電數(shù)據(jù)保存芯片，但其存取速度太慢，會(huì)占用MPU過(guò)多時(shí)間，降低RTOS的實(shí)時(shí)性，因而系統(tǒng)采用自帶鋰電池與電池管理功能的NVRAM芯片DS1220，其每次數(shù)據(jù)存取時(shí)間為50 μs。

2 軟件設(shè)計(jì)
Small RTOS51是專(zhuān)為51單片機(jī)開(kāi)發(fā)的占先式嵌入式內(nèi)核，提供消息隊(duì)列、信號(hào)量、中斷管理等基本服務(wù)，功能滿(mǎn)足大多數(shù)工程項(xiàng)目應(yīng)用。基于RTOS的程序設(shè)計(jì)可以保證電致生物效應(yīng)高壓脈沖源輸出的穩(wěn)定性。
2．1 程序架構(gòu)設(shè)計(jì)
電致生物效應(yīng)高壓脈沖源控制系統(tǒng)程序共分4個(gè)任務(wù)。優(yōu)先級(jí)從高到低依次為：鍵盤(pán)處理任務(wù)、初級(jí)開(kāi)關(guān)電源狀態(tài)監(jiān)測(cè)與顯示任務(wù)、與液晶顯示器件通信任務(wù)、系統(tǒng)運(yùn)行與系統(tǒng)狀態(tài)顯示任務(wù)。任務(wù)與RTOS內(nèi)核、中斷關(guān)系如圖5所示。

2．2 軟件濾波算法
以高頻開(kāi)關(guān)電源為初級(jí)能源的高壓脈沖電源的輸出采樣信號(hào)將不可避免地出現(xiàn)各種高頻隨機(jī)干擾信號(hào)，即使以低通濾波電路進(jìn)行處理后，該采樣信號(hào)仍然存在許多毛刺，如圖6所示。

因此，必須采用軟件濾波才能得到準(zhǔn)確的采樣信號(hào)。在高頻隨機(jī)干擾嚴(yán)重的情況下常用的是中位值濾波算法，但該算法的缺點(diǎn)是靈敏度較差。因此，本文提出了一種改進(jìn)的中位值平均濾波算法。其基本原理是：每組采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)N個(gè)數(shù)據(jù)排序后去除最大的兩個(gè)值和最小的兩個(gè)值，對(duì)剩余的(N-4)個(gè)值求平均，該平均值作為最終的采樣結(jié)果。在本文中，N=10。按照該算法，對(duì)上圖信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣值最大為4．01 V，最小為3．99 V，抖動(dòng)極差±0．01 V，并以3次最小二乘法進(jìn)行數(shù)值模擬，如圖7所示。可見(jiàn)，該算法可有效濾出高頻隨機(jī)干擾信號(hào)，并具有較高的靈敏度。

3 結(jié)論
大多數(shù)基于高頻開(kāi)關(guān)電源為初級(jí)能源的高壓脈沖源輸出精度及穩(wěn)定性達(dá)不到生物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)現(xiàn)高精度和穩(wěn)定性的核心在于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)且具備較高靈敏度的采樣算法是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。本文基于RTOS進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并提出了一種改進(jìn)的采樣信號(hào)濾波算法，與傳統(tǒng)中位值濾波算法相比，使電源輸出脈沖精度和系統(tǒng)的可靠性得到提高。實(shí)測(cè)表明在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作時(shí)輸出精度保持為0．1％，能可靠用于生物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。