色譜分析系統(tǒng)中的微恒離子流發(fā)生器的設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件

　　軟件在Microchip公司的MPLAB IDE可視化集成開發(fā)環(huán)境下運(yùn)行，使用C30編譯器編寫。MPLAB IDE提供了方便且功能豐富的界面，其中C30編譯器提供了C語言的標(biāo)準(zhǔn)特性。微恒離子流發(fā)生器的軟件主要由主程序和子程序模塊組成。主程序主要完成電壓給定數(shù)字量輸入和量程選擇的人機(jī)接口服務(wù)、輸出校準(zhǔn)及面板顯示等功能。子程序模塊包括按鍵輸入捕捉中斷、A/D轉(zhuǎn)換和處理子程序和電壓給定PID調(diào)節(jié)輸出子程序。

　　數(shù)字濾波器設(shè)計

　　由于工作人員需隨身攜帶微恒離子流發(fā)生器，因此要求微恒離子流發(fā)生器對工作環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾性強(qiáng)。在數(shù)據(jù)采集及處理時采用了dsPIC30F4013內(nèi)部12位精度的A/D轉(zhuǎn)換器采集轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并采用防脈沖干擾平均濾波算法與滑動平均濾波算法相結(jié)合的濾波器，減少了對數(shù)據(jù)的偶然脈沖性干擾并抑制了周期性干擾，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　A/D轉(zhuǎn)換采用Timer3定時器定時，每100ms自動轉(zhuǎn)換的模式，即ADCON1 = 0x0044;采用掃描輸入的方式，每16個采樣點(diǎn)后發(fā)生中斷，即ADCON2 =0x043C。本系統(tǒng)使用了2路通道掃描輸入，一次轉(zhuǎn)換后，每路通道的信號都采集了8個采樣點(diǎn)，然后對8個數(shù)據(jù)排序并去掉其中的最大值和最小值，再求平均值處理，并形成8個數(shù)據(jù)隊列，減少了偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，消除由此引起的采樣值偏差;然后每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)隊尾，并扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)隊列中的8個數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算，即獲得濾波結(jié)果，由此可抑制周期性干擾，濾波平滑度較高。

　　數(shù)字PID調(diào)節(jié)器設(shè)計

　　電壓反饋調(diào)節(jié)采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，首先dsPIC30F4013采樣給定電壓作為反饋電壓，并和電壓給定輸入值進(jìn)行比較，再利用比較差值e(k)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，公式如下：

　　其中，u(k)為第k次采樣計算的到的PWM占空比值，e(k)為第k次采樣誤差。通過設(shè)定比例KP、積分KI、微分KD常數(shù)即可閉環(huán)調(diào)節(jié)電壓給定輸出值。電壓給定輸出子程序主要是利用dsPIC30F4013內(nèi)部的輸出比較模塊，使其工作在PWM模式下。dsPIC30F4013根據(jù)給定輸入的數(shù)字量裝載相應(yīng)的占空比，從而輸出對應(yīng)不同電壓的給定值。配置輸出比較模塊2為PWM輸出模式OC2CON=0x0006，并設(shè)定時間基值周期PR2=0x0B84，即5kHz。