电致生物效应高压脉冲源控制系统设计

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1、第19卷第2期电子设计工程2011年1月Vo1．19No．2ElectronicDesignEngineeringJan．201l电致生物效应高压脉冲源控制系统设计马勋，任青毅，贾兴(中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900)摘要：为了提高电致生物效应高压脉冲源连续运行时的输出精度及可靠性．设计了一种基于嵌入式实时操作系统SmallRTOS51的电致生物效应高压脉冲源控制系统。采用NEC8254—2低成本地实现频率、占空比可调PWM输出．以MAX526，MAX197分别实现D／A，A／D功能，构成高压脉冲源输出控制与反馈回路，并提出了

2、一种改进的采样信号中位值滤波算法。与传统中位值滤波算法相比，该算法具有更高灵敏度，基于RTOS的程序设计，提高了系统的可靠性。实验结果表明：高压脉冲源在连续运行条件下输出精度稳定达到0．1％关键词：高压脉冲发生器；单片机；RTOS；软件滤波算法；电致生物效应中图分类号：rI'P368．2文献标识码：A文章编号：1674—6236(2011)02—0O44—03Design0fhighvoltagepulsegeneratorforbioelectricalefectMAXun，RENQing—yi，JIAXing(InstituteofFluidP

3、hysics，CAEP，Mianyang621900，China)AbstI．act：Inordertoimprovetheoutputaccuracyandreliabilityofbioelectricalefecthighpulsegeneratorrunningcontinuously，abioelectricalefecthighvoltagepulsegeneratorcontrolsystembasedonembeddedrealtimeoperatingsystemSmallRTOS51wasdesigned．ItusedNEC82

4、54—2torealizeadjustablePWMoutputoffrequencyanddutycycle，appliedMAX526andMAX197toachieveD／AandA／Dfunction，composingthehighvoltagepulsegeneratoroutputcontrolandfeedbackloop，andpresentedanimprovedsamplingsignalmedianfilteralgorithm．Comparedtotraditionalalgorithm，thisalgorithmhash

5、ighersensibility，basedonRTOSprogrammer，itimprovesthereliabilityofsystem．Experimentalresultsshowthattheoutputaccuracyofhighvoltagepulsegeneratorisupto0．1％．Keywords：highvoltagepulsegenerator；MCU；RTOS；softarefilteralgorithm；bioelectricalefect近年来发达国家对具有软杀伤性的非致命武器描键盘获取电源工作参数／命令，根据设

6、置的参数和不断采样(nonlethalweapons)[1表现出日益浓厚的兴趣．其中高压脉冲的负载电压值控制高压脉冲电压幅值，从而使电源以预定电使生物失能效应研究是发展该类武器的重要课题。电致生压恒压输出；采样初级开关电源状态，用以实时计算电源输物效应高压脉冲源是关键装置。为了研究不同脉冲参数对生出功率．以保护实现对象：实时在点阵式彩色图形液晶屏上物体的作用，要求脉冲的幅值、宽度和频率在一定范围内可显示电源的工作状态。高压脉冲源原理如图l所示。调，因此高压脉冲源基于全固态刚管调制技术实现并由直流DC1igh高压电源、串联IGBT调制开关和控制系统三

7、部分组成。基于8051微控制器的高压脉冲源控制系统具有设计简单，电路可Storage靠的优点。但其程序设计一般为前后台系统，实时性较差，从Capacit而使输出脉冲波形稳定性不能满足实验要求[31。本文基于嵌入式实时操作系统SmallRTOS51进行程序设计，以及优化的采样信号滤波算法．使该高压脉冲源输出电压精度稳定达到O．1％，从而能可靠地用于生物效应实验。图l高压脉冲源原理1硬件设计Fig．1Principleofhighvoltagepulsegenerator电致生物效应高压脉冲源要求产生50o一5000V宽范围控制系统的硬件主要由控制核心

8、、脉宽调制模块、电压的脉冲高压输出，控制系统管理高压脉冲源所有组件的工控制与采样模块、键盘和显示模块、掉电数据保存模块组成