电致生物效应高压脉冲源控制系统设计

1．3 键盘、显示与数据掉电保存模块
电致生物效应源的操作界面由1×5键盘和65536真彩色图形智能液晶显示器件组成。5个按键直接用单片机的IO口扫描获得键值。液晶器件内置了32位ARM处理器和RS232串口，这样可以与任何具有串口功能的MPU方便连接，适合产品的快速开发。
掉电数据保存芯片除了保存用户参数外，也用于程序的中间变量存储。EEPROM芯片是常用的低成本掉电数据保存芯片，但其存取速度太慢，会占用MPU过多时间，降低RTOS的实时性，因而系统采用自带锂电池与电池管理功能的NVRAM芯片DS1220，其每次数据存取时间为50 μs。

2 软件设计
Small RTOS51是专为51单片机开发的占先式嵌入式内核，提供消息队列、信号量、中断管理等基本服务，功能满足大多数工程项目应用。基于RTOS的程序设计可以保证电致生物效应高压脉冲源输出的稳定性。
2．1 程序架构设计
电致生物效应高压脉冲源控制系统程序共分4个任务。优先级从高到低依次为：键盘处理任务、初级开关电源状态监测与显示任务、与液晶显示器件通信任务、系统运行与系统状态显示任务。任务与RTOS内核、中断关系如图5所示。

2．2 软件滤波算法
以高频开关电源为初级能源的高压脉冲电源的输出采样信号将不可避免地出现各种高频随机干扰信号，即使以低通滤波电路进行处理后，该采样信号仍然存在许多毛刺，如图6所示。

因此，必须采用软件滤波才能得到准确的采样信号。在高频随机干扰严重的情况下常用的是中位值滤波算法，但该算法的缺点是灵敏度较差。因此，本文提出了一种改进的中位值平均滤波算法。其基本原理是：每组采样N个数据，对N个数据排序后去除最大的两个值和最小的两个值，对剩余的(N-4)个值求平均，该平均值作为最终的采样结果。在本文中，N=10。按照该算法，对上图信号进行采样，采样值最大为4．01 V，最小为3．99 V，抖动极差±0．01 V，并以3次最小二乘法进行数值模拟，如图7所示。可见，该算法可有效滤出高频随机干扰信号，并具有较高的灵敏度。

3 结论
大多数基于高频开关电源为初级能源的高压脉冲源输出精度及稳定性达不到生物效应实验要求。实现高精度和稳定性的核心在于控制系统的设计，抗干扰能力强且具备较高灵敏度的采样算法是解决问题的关键。本文基于RTOS进行程序设计，并提出了一种改进的采样信号滤波算法，与传统中位值滤波算法相比，使电源输出脉冲精度和系统的可靠性得到提高。实测表明在长时间连续工作时输出精度保持为0．1％，能可靠用于生物效应实验。