電致生物效應高壓脈沖源控制系統設計

1．3 鍵盤、顯示與數據掉電保存模塊
電致生物效應源的操作界面由1×5鍵盤和65536真彩色圖形智能液晶顯示器件組成。5個按鍵直接用單片機的IO口掃描獲得鍵值。液晶器件內置了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，適合產品的快速開發。
掉電數據保存芯片除了保存用戶參數外，也用于程序的中間變量存儲。EEPROM芯片是常用的低成本掉電數據保存芯片，但其存取速度太慢，會占用MPU過多時間，降低RTOS的實時性，因而系統采用自帶鋰電池與電池管理功能的NVRAM芯片DS1220，其每次數據存取時間為50 μs。

2 軟件設計
Small RTOS51是專為51單片機開發的占先式嵌入式內核，提供消息隊列、信號量、中斷管理等基本服務，功能滿足大多數工程項目應用。基于RTOS的程序設計可以保證電致生物效應高壓脈沖源輸出的穩定性。
2．1 程序架構設計
電致生物效應高壓脈沖源控制系統程序共分4個任務。優先級從高到低依次為：鍵盤處理任務、初級開關電源狀態監測與顯示任務、與液晶顯示器件通信任務、系統運行與系統狀態顯示任務。任務與RTOS內核、中斷關系如圖5所示。

2．2 軟件濾波算法
以高頻開關電源為初級能源的高壓脈沖電源的輸出采樣信號將不可避免地出現各種高頻隨機干擾信號，即使以低通濾波電路進行處理后，該采樣信號仍然存在許多毛刺，如圖6所示。

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

3 結論
大多數基于高頻開關電源為初級能源的高壓脈沖源輸出精度及穩定性達不到生物效應實驗要求。實現高精度和穩定性的核心在于控制系統的設計，抗干擾能力強且具備較高靈敏度的采樣算法是解決問題的關鍵。本文基于RTOS進行程序設計，并提出了一種改進的采樣信號濾波算法，與傳統中位值濾波算法相比，使電源輸出脈沖精度和系統的可靠性得到提高。實測表明在長時間連續工作時輸出精度保持為0．1％，能可靠用于生物效應實驗。