色譜分析系統(tǒng)中的微恒離子流發(fā)生器的設計

　　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語言的標準特性。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接口服務、輸出校準及面板顯示等功能。子程序模塊包括按鍵輸入捕捉中斷、A/D轉換和處理子程序和電壓給定PID調節(jié)輸出子程序。

　　數(shù)字濾波器設計

　　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)境適應性和抗干擾性強。在數(shù)據(jù)采集及處理時采用了dsPIC30F4013內部12位精度的A/D轉換器采集轉換數(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，增強了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　A/D轉換采用Timer3定時器定時，每100ms自動轉換的模式，即ADCON1 = 0x0044;采用掃描輸入的方式，每16個采樣點后發(fā)生中斷，即ADCON2 =0x043C。本系統(tǒng)使用了2路通道掃描輸入，一次轉換后，每路通道的信號都采集了8個采樣點，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)進行算術平均運算，即獲得濾波結果，由此可抑制周期性干擾，濾波平滑度較高。

　　數(shù)字PID調節(jié)器設計

　　電壓反饋調節(jié)采用數(shù)字PID調節(jié)器調節(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行比較，再利用比較差值e(k)進行PID調節(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。通過設定比例KP、積分KI、微分KD常數(shù)即可閉環(huán)調節(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)字量裝載相應的占空比，從而輸出對應不同電壓的給定值。配置輸出比較模塊2為PWM輸出模式OC2CON=0x0006，并設定時間基值周期PR2=0x0B84，即5kHz。