智能脉冲（共4篇）
智能脉冲 篇1
0 引言
目前的电动车用充电器主要有以下几种:(1)三段式充电器,即将充电方式分为恒流、恒压、浮充三个阶段。三段式充电方式基本上能够满足电动车日常充电的需要,成本也最低,然而这种充电方式有诸多问题,比如各厂家蓄电池极性不同,容易烧坏充电器、损坏蓄电池;不能定时强制进入浮充状态等。(2)带有防反接和定时功能的充电器,即当电动车蓄电池极性接反时不进行充电,防止出现故障;在充电上限时间达到后强制转入浮充状态,防止损坏铅酸蓄电池。可以有效地防止因极性不同而发生的故障,并且可以强制进入浮充阶段,但是多采用晶闸管或继电器进行控制,晶闸管对电网有影响,继电器控制直流电灭弧困难,有安全隐患。(3)脉冲充电器,将三段式充电器中的恒压阶段改为脉冲式充电方式,但仅仅是正脉冲。这在一定程度上解决了充电过程中温升高的问题,同时充电效率有所提高,但是仅仅依靠正脉冲对于解决这些问题效果还不是很理想[1,2,3]。基于以上种种弊端,本文在三段式充电电路基础上设计了一种智能型充电器,通过涓流充电、正负脉冲充电和定时断电等一系列措施提高充电效率,延长电池寿命,并可修复略有损伤的蓄电池。
1 系统硬件设计
本方案电路主要分为三个部分,分别为电源电路部分、单片机系统电路部分和正负脉冲控制电路部分。如图1所示,图中5V电源电路为单片机供电,单片机通过控制正负脉冲控制电路对变压器输出电压进行控制,达到产生正负脉冲的目的。
1.1 电源电路
如图2所示,变压器输出的交流信号经过续流二极管D18整流和电容C20滤波输出约12V的直流电压VCC1,VCC1经过三端稳压电源芯片78L05稳压后输出5V直流电压,经过电容C26、C24滤波后供给单片机。其中C26为极性电容,主要用来抗浪涌,C24为无极性小电容,主要用来滤除高次谐波。图中LD2为电源指示灯,电阻R22为限流电阻。
1.2 正负脉冲控制电路
普通充电方式在充电过程中温升较大,容易产生析气,影响充电效率,同时温升会损伤蓄电池[4]。本文中的正负脉冲充电方式采用充电—停充—放电—停充—充电的循环过程,程序中设定每周期内充电时间和放电时间。正负脉冲通过一组MOS管的开通和关断来实现,控制正脉冲的为P型MOS管IRF9530,控制负脉冲的为N型MOS管IRF530。另外,目前普通充电器定时一般采用定时芯片,增加了额外成本。本文中直接在单片机中定时,时间到则发出信号,强制进入浮充阶段,再过一定时间后单片机发出信号,控制MOS管切断电源,达到断电目的,节约成本。
如图3所示,变压器输出的交流信号经过二极管D19、D8整流和电容C14、C16滤波成为直流电压,电阻R21、R95为假负载,用来防止在充电器没有接负载(蓄电池)时电压升高,保证充电器电压的稳定。MOS管Q2、Q3用来控制正负脉冲产生,Q2为PMOS管,用来控制充电电压的通断,Q3为NMOS管,用来控制蓄电池放电。单片机RA2脚经限流电阻R46控制NPN三极管Q8的通断,当单片机输出为高电平时,三极管Q8导通,电阻R33、R31经过Q8接地,构成回路,电阻R33、R31进行分压后接到Q2的栅极,驱动Q2导通;同理,当单片机RA2脚输出低电平时,Q2关断。其中小电容C17用来防止电压突变对Q2的影响,使得电压变化略趋于平缓但又不会影响开关速度。单片机RC1脚经限流电阻R45控制NPN型三极管Q10和PNP型三极管Q11,从而控制MOS管Q3的通断。当单片机RC1脚输出高电平,三极管Q10导通,Q11截止,电压VCC经三极管Q10、电阻R51后控制NMOS管Q3导通;当单片机RC1脚输出低电平时,三极管Q11导通,Q10截止, Q3结电容中的电通过Q11迅速释放,加速Q3关断。电感L1、电容C18用于滤波,使输出电压更平稳。电阻R23为电流取样电阻,流过蓄电池的电流会在电阻R23上产生压降,此电压在电路中用于判断充电状态和充电阶段。
1.3 单片机系统电路
PIC16F676 单片机6采用RISC型CPU内核, 仅需学习35 条指令,除了跳转指令以外所有指令都是单周期的,由于采用哈佛总线结构,以及指令的读取和执行采用流水作业方式,使得PIC单片机的运行速度大大提高;PIC单片机是最节省程序存储器空间的单片机,驱动能力强,每个I/O口的吸入和输出电流最大值可达25mA。PIC系列单片机集成了上电复位电路、I/O引脚上拉电路、看门狗定时器等,可以最大程度地减少或免用外接器件,以便实现“纯单片”应用[5]。
如图4所示,电阻R1和电容C15组成单片机复位电路,单片机IC4和复位电路构成了单片机最小系统。单片机1脚接电源VCC,14脚接地,7脚通过二极管D9输出信号,当7脚输出高电平时充电状态强制进入浮充状态,减小充电电流,防止损伤蓄电池。电阻R54为上拉电阻,防止单片机输出的信号驱动能力不足而无法正常工作。单片机9脚用于驱动NMOS管Q3,11脚用于驱动PMOS管Q2。普通三段式充电由于初始充电电流很大,这对于过放电后的蓄电池是致命的,因此必须进行判断。本文方案在充电初始阶段,单片机控制MOS管关断,利用电阻R50和R41对蓄电池电压进行分压,输入单片机10脚,10脚采样蓄电池电压,判断蓄电池极性是否正确,如不正确,则不进行充电,利用指示灯进行提示;如正确,再判断是否过放电,如果电压低于设定值,认定蓄电池过放电,则采用小电流进行充电,即涓流充电,当蓄电池可以承受大电流时再进入常规三段式充电阶段。单片机12脚、13脚控制指示灯LD1,12脚控制红灯,13脚控制绿灯,用于指示蓄电池充电状态。
2 系统软件设计
2.1 系统软件功能
系统软件用于检测蓄电池极性、是否过放电等状态,检测正常才允许进行充电;在充电过程中,通过软件判断充电阶段,作为控制各阶段电压电流的依据;充电中若定时时间到,但充电器没有进入浮充阶段,则通过软件强制转入,防止损坏蓄电池;充电完成后,软件控制电路断电。
2.2系统软件流程图
3 系统测试
通过对48V20AH的铅酸蓄电池进行充电的实验,系统很好地完成了设定的各项功能,充电效率较普通充电器有所提高,充电时间有所缩短,工作安全可靠。
4 结束语
本文在普通三段式充电电路基础上进行改进,增加了涓流充电阶段,并将普通三段式充电中的恒压充电阶段改为正负脉冲充电方式。改进后,系统的充电效率有所提高,充电时间有所缩短,同时,防止极性反接的功能对蓄电池和充电器都是一种保护,使充电器的适应性更强。本文的方案在普通三段式的充电器基础上只增加了单片机和MOS管控制电路,对原有电路改动较少,便于生产厂家升级。
摘要：从保护铅酸蓄电池、提高充电效率的角度出发,分析了目前市场上主要充电方式的弊端,设计了一种正负脉冲型电动车智能充电器。系统采用PIC16F676单片机进行控制,将普通三段式充电方式中的恒压阶段变为正负脉冲充电方式,增加了涓流充电等功能,优化了定时和自断电电路,在延长蓄电池使用寿命、缩短充电时间方面有很好的效果。
关键词：智能充电器,开关电源,正负脉冲
参考文献
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[3]李文涛,孔健.电动车用铅酸蓄电池的特性认识[J].研究与开发,2012(7):17-20.
[4]郭毅锋.带负脉冲铅酸电池充电系统的设计与分析[J].低压电器,2011(8):23-25,39.
[5]Microchip公司.PIC16F630/676数据手册[Z].2004.
智能脉冲 篇2
关键词：污染率,燃气脉冲吹灰装置,PLC
0 引言
电站锅炉对流受热面积灰、结渣带来的热交换效率低、管壁超温、腐蚀等问题,造成了大量的能源浪费,影响到锅炉的经济效益与安全运行。高效吹灰装置的设计以及配套的锅炉吹灰优化系统的研发是解决积灰(渣)问题的有效途径。但现役的吹灰设备存在着吹灰高能耗、存在死区、设备可靠性差、维修费用高、对受热面有损害、管排式受热面背部积灰清除效果差等缺陷,以至于吹灰器的投运率较低。因为吹灰动作的不合理或采用定期的吹灰方式,使积灰速度与预测存在一定差距,造成吹灰不足或过于频繁,锅炉出现严重的积灰和结渣,影响了锅炉的安全经济运行。
采用热平衡法对锅炉对流受热面进行分析计算,建立基于污染率的智能吹灰模型,研发智能吹灰系统,以避免受热面严重的积灰结渣,保持高传热效率,提高锅炉的经济效益。
1 燃气脉冲吹灰
燃气脉冲吹灰器是将可燃气体和空气按一定的比例在引发柜的混合室中充分掺混后,沿管路进入点火罐,随后由点火器点火,火焰锋面在混合气管路不断加速并引燃发生器内的可燃气,形成爆燃并迅速膨胀成高温高压气体。发生器中混合气产生的ZND(Zeldovich–Von Neumann–Doring)爆燃波模型如图1所示。
ZND模型把爆轰波阵面看成是有前沿冲击波和紧跟其后的化学反应区构成,它们以同一速度沿爆炸物传播。燃气脉冲吹灰器中的冲击波以超音速进入发生器中,在发生器中被压缩成一个高密度、亚音速的冲击波,最终由发射器喷出作用于受热面积灰。
燃气脉冲吹灰是干吹灰,对结垢性和高粉尘、高粘性的积灰清除效果好,具有运行费用低、设备投资回报期短、设备操作维护简便、控制调试灵活、吹灰时间短等优点。燃气脉冲吹灰对清除管壁背面及两侧的积灰效果明显,在清除以管排式受热面为主的受热面积灰时效果显著,可有效解决受热面背侧积灰的问题。
2 污染率计算模型
污染率模型是基于热平衡法建立的。依据受热面进、出口工质温度、出口烟气温度以及汽包压力等参数,计算实际传热系数与理想传热系数之比,即污染率。污染率可以有效的表征受热面积灰状态,其定义为:
FF为污染率,其值越大表示受热面污染越严重。Klx为理想传热系数,由锅炉运行在几个不同工况下,吹灰完毕时的传热系数与负荷关系拟合而成。Ksj为实际传热系数。污染率的计算过程如图2所示。
其中Ksj与受热面的表面积A、计算燃煤消耗量Bj、受热面中烟气的放热量Qsi、传热温压t有关,具体计算如下。
2.1 对流传热面积A
现在大型电站锅炉的对流受热面管壁厚,管子内、外表面积的比值不一样,热力计算中合理的规定受热面的传热面积对准确计算传热量有很大影响。本模型定位于燃煤电站锅炉对流受热面的灰污监测。依据锅炉的凝渣管束、锅炉管束、省煤器、过热器和再热器等受热面,都以管子外侧(烟气侧)的全部表面积作为计算传热面积,模型把复杂的对流受热面积计算过程归到锅炉的结构参数,使运算更加简单。
2.2 计算燃煤消耗量Bj
Bj与实际燃料消耗量B以及机械不完全燃烧损失的热量占输入热量的百分数q4有关。主要计算公式:
其中为锅炉效率,Aar为收到基灰分,fh飞灰份额,lz炉渣份额,B为锅炉燃料的消耗量,Q1为单位时间内锅炉总有效利用热量,Qr为一千克燃料的锅炉输出热量,clz、cfh为飞灰和炉渣中可燃物含量的百分数。
考虑到煤粉燃烧产出的烟气中H2、CH4等可燃气体含量极微,故认为烟气中的可燃气体只含CO,公式:
在电站燃煤锅炉计算中简化为:
其中RO2、CO分别表示干烟气中三原子气体、一氧化碳的容积百分容量,Car、Sar分别为收到基的碳分跟硫分。公式简化后,避免了稀少气体检测困难的问题,而产生的计算误差可以忽略,更不需要安装额外检测设备。
2.3 受热面中烟气的放热量Qsj
根据某一受热面烟气的放热量Qsj等于此受热面中给水的吸热量Qc,则:
式中D为锅炉负荷,h''为某一受热面出口水焓,h'为某一受热面入口水焓,hjw为减温水的焓。
2.4传热温压 t
其中tnl为逆流平均温压,为温压转换系数。
利用电厂DCS系统中的实时参数,以及组态模型固定参数界面中输入的锅炉结构参数,煤质等固定参数,由式(1)~式(6)及对应的热力公式,计算出污染率值,对受热面的积灰程度进行量化处理,以指导燃气吹灰器进行合理吹灰动作。
3 基于污染率模型的控制系统设计
在污染率计算模型的基础上,进行了燃气脉冲吹灰器控制系统设计。依据在线污染率计算结果,判断积灰超限受热面,在锅炉运行状态允许前提下,由PLC控制燃气脉冲吹灰器,实现对积灰超限受热面灰渣的清除。控制系统运行流程如图3所示。
系统启动以后,计算平台首先实时计算受热面污染率FFss,给出当前积灰(渣)状况,再由锅炉负荷以及锅炉负荷变化情况判断是否符合吹灰条件。满足吹灰条件后,进行实时污染率FFss与对应受热面的临界污染率FFlj的比较,选择污染率超限受热面进行吹灰操作。
吹灰系统中装设有逆止阀、阻火器、温度测点和检漏仪,能有效防止回火和内燃超温等安全事故。在确定吹灰受热面后,启动PLC控制程序,PLC读取吹灰系统各部位检测信号并判断吹灰系统是否发生故障。出现故障时会对故障部位及时报警并关闭相应阀门,及时检修,保证系统安全运行。若无吹灰故障,则打开空气路以及燃气路主阀门,并启动需吹灰受热面对应的吹灰器控制回路。启动吹灰控制回路后,吹灰器首先进入清扫工作状态,通过开启吹灰回路的分配阀,引入压缩空气吹扫管路,压缩空气会将上次爆燃未完全燃烧气体清扫干净。清扫状态完成后,开启燃气路脉冲阀,系统进入充气工作状态,将可燃气体引入混合室中与空气路引入的空气在混合室中混合。充气完毕后,关闭脉冲阀与分配阀停止气体供应,使气体在混合室内充分混合,由PLC控制点火器对点火罐内的气体进行点火,系统进入爆燃工作状态,点燃混合气体,形成爆燃气,作用于积灰(渣)超限的受热面,使积灰脱落。爆燃状态结束后,再次开启分配阀,将高压空气引入各管室进行残留混合气体的清除并吹灭残留火花,完成一次吹灰操作,进入下一个计算周期。
在现场和集控室分别安装有控制柜,现场控制柜安装在靠近流量混合分配单元的位置,布置在运行平台上,以易于操作。远方控制柜设在集控室内的电子设备间,并设有由组态软件开发的人机界面,可实现远方程控吹灰。
4 组态软件开发
系统工控组态软件开发包括:脉冲吹灰运行状态、污染率变化趋势及关键参数显示、脉冲调试、脉冲设置、报警记录、模型固定参数输入等界面的设计,以及将孤立的计算模块、控制模块组合成一个完整的系统,使各组成模块相互协作,实现污染监测和优化吹灰过程,确保工作流程的顺利进行。正常吹灰时可通过人机界面完成吹灰系统的调试、启动、复位、停止运行等工作。
其中图4为吹灰运行状态界面。
吹灰运行状态界面用于对稳流柜、分配柜、脉冲引发柜的运行状态的实时监控,并设有运行状况报警提示灯,对运行路中事故做出及时的报警,便于操作员了解运行状态。
5 结束语
智能脉冲 篇3
关键词：肩周炎,智能IQ脉冲枪,疗效
肩周炎也称肩凝症、五十肩、冻结肩、漏肩风,好发于中老年人,女性多于男性[1],主要表现为肩部疼痛,肩关节活动障碍,严重者出现肩部肌肉萎缩或粘连,患者夜间疼痛明显,洗脸、梳头以及穿衣等日常生活活动能力受到影响,给患者造成极大痛苦[2,3]。目前主要从缓解疼痛及恢复关节功能方面进行治疗肩周炎,缓解疼痛常用方法有服用非甾体类抗炎镇痛药、注射封闭、物理因子治疗以及针灸、小针刀等传统康复治疗;恢复关节活动度常用方法有关节松动、肌力训练以及麻醉状态下行手法松解关节周围粘连组织[4,5]等。但以上方法起效慢,疗程长,患者依从性差,不能从根本上解决问题[6]。智能IQ脉冲枪是一种根据患者关节或者骨骼位移自动调节位移速度、振幅以及频率的医疗仪器,还能调整患者脊椎及骨关节排列,改善关节活动度、生理结构和生物力学,调整肌肉紧张度等,主要用于颈椎病、腰椎间盘突出症、脊柱侧弯以及肩周炎等骨关节疾病的康复治疗[7]。目前我国已有多家医院引进智能IQ脉冲枪,对骨关节疾病康复具有较好效果,但临床关于智能IQ脉冲枪治疗肩周炎的研究报道较少,本文主要探讨智能IQ脉冲枪治疗肩周炎的临床效果,现报道如下。
1 资料和方法
1.1 一般资料
选取2012年6月～2013年6月我院就诊的肩周炎患者86例,随机分为治疗组和对照组各43例。治疗组男性18例,女性25例,平均年龄53.97±4.33岁,平均病程10.38±2.01个月;对照组男性14例,女性29例,平均年龄55.23±4.11岁,平均病程10.66±2.35个月;两组患者性别、年龄、病程经统计学分析无显著性差异(P>0.05),具有可比性。排除肩袖损伤、颈椎病以及肩部创伤性病变患者。
1.2 方法
1.2.1 对照组
行关节松动术和针灸治疗。首先针灸肩髃、肩贞、肩井、阿是穴加合谷,治疗30min,治疗后休息30min,行关节松动术,疼痛较为严重者采用1～2级手法,关节障碍者采用3～4级手法,期间进行盂肱关节分离和长轴牵引,仰卧位由前向后滑动,俯卧位从后向前滑动,侧卧位手背后伸,肩关节前屈、后伸及外展等,每种手法单次持续45s,共进行3次,治疗维持30min。每天1次,共治疗15天。
1.2.2 治疗组
采用智能IQ脉冲枪治疗。患者取坐位并找出疼痛点,以疼痛点为中心标记肩部疼痛部位,调节智能脉冲枪中档(200N),指示灯由红转绿表示预力已完成,扣动扳机产生连续冲刺,冲刺完毕指示灯熄灭,发出蜂鸣音,即治疗位置正确及冲刺有效,一个痛点治疗完毕,每次选4～5个关键痛点进行治疗,每天1次,连续治疗15天。
1.3 观察指标
比较两组患者治疗前,治疗后1、5、10、15天目测类比评分及Neer评分,观察两组患者疼痛程度和关节功能。目测类比疼痛评分依据患者的主观感受分为以下几个等级:无痛为0分,轻度疼痛为1～3分,中度疼痛为4～6分,重度疼痛为7～9分,难以忍受的疼痛为10分。Neer评分满分为100分,得分越高,肩关节功能越好;其中日常生活活动能力占35分,关节活动度占25分,疼痛占30分,肌力占5分,局部形态5分。
1.4 统计学处理
所有计量资料以均值加减标准差()表示,两组间均值比较采用独立样本t/t'检验,治疗前后自身对照均值比较采用配对t检验;所有计数资料以频数(f)表示,无序分类资料采用χ2检验,采用SPSS17.0进行统计分析。α=0.05。
2 结果
治疗后两组患者目测类比评分以及Neer评分均显著优于对治疗前(P<0.05);治疗后第10、15天观察组目测类比评分以及Neer评分均显著优于对照组(P<0.05)。见表1。
注:与治疗前相比,(1)P<0.05;与对照组相比,(2)P<0.05
3讨论
肩周炎即肩关节周围炎,是一种肩关节的关节囊与其周围组织常见的无菌性炎症反应[8],多发于40～50岁的中老年人,可见肩部压痛、肩关节活动障碍甚至肌肉萎缩等症状。传统的镇痛疗法和关节松动术仅针对症状治疗,效果不能持久。本研究采用智能IQ脉冲枪治疗肩周炎,治疗后两组患者目测类比评分以及Neer评分均显著优于对治疗前(P<0.05);治疗后第10、15天观察组目测类比评分以及Neer评分均显著优于对照组(P<0.05)。
肩关节软组织发生退行性炎性病变,化学、机械刺激感觉神经并传入大脑产生痛觉,局部肌肉因受刺激收缩,甚至痉挛。智能脉冲枪是由美国整脊医师研发的基于用户自身感受反馈智能调节的医疗仪器,现广泛应用于骨关节及软组织疾病[9]。智能脉冲枪通过刺激关节和肌肉内的感受器,抑制病理性神经兴奋,减少致痛物质的合成、释放,进而缓解疼痛、调节肌张力、改善关节功能。康复治疗师在工作中常用20N的预力,智能脉冲枪也采用此参数;治疗上、下肢时选用200N,即智能脉冲枪的中档位;其冲刺频率为6Hz,快于目前康复治疗师所采用的频率及身体的自然反应,因此能有效避免身体抵抗,短时间内即可完成治疗程序,减少损伤,且疗效更理想。智能脉冲枪可对患肩发出第1次冲击瞬间即检出病患关节内的数据,并把数据传到智能脉冲枪的电脑芯片内,电脑芯片板迅速读取并自动分析出之后所需的强度,分析治疗位置是否准确,对肩周炎有稳定、快速的治疗作用。目前,国内关于脉冲枪康复治疗的研究报道较少,方征宇等[7]采用智能脉冲枪联合肩关节松动术和超短波治疗肩关节周围炎取得较好疗效。邹兆华等[10]研究认为智能脉冲仪是治疗颈型颈椎病的有效方法。
本研究表明,智能IQ脉冲枪治疗肩周炎具有显著疗效,能改善肩关节功能,治疗周期较短,为其进一步推广提供理论和实践支持。
参考文献
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智能脉冲 篇4
无论在信号检测还是在电磁场的生物效应方面, 不同参数的电磁场均被广泛地研究和应用[1,2,3], 尤其是低频脉冲电磁场 (pulsed electromagnetic fields, PEMF) 在促进损伤组织修复的过程中具有重要作用[4,5,6,7]。而PEMF影响受损组织修复再生的生物效应与生物组织对电磁场的比吸收率 (specific absorption rate, SAR) 密切相关, 低频脉冲电磁场的不同参数影响生物组织对电磁场的SAR[8,9], 因此高性能低频脉冲信号源的研制对合适参数低频脉冲电磁场的产生具有重要意义。而传统低频脉冲信号源通常采用晶体管、运放IC等分离元器件设计制作, 具有温度漂移大、预热时间长等不足[10,11,12];且一些信号发生器输出频率、占空比等参数单一, 不能单独调控, 无法满足实验的进一步需要[13]。因此, 本文以性价比较高的STC89C52单片机为核心[14,15], 联合D/A数模转换模块、LCD液晶显示模块等器件, 设计制作低成本、高性能的参数可调低频脉冲信号源。
1 材料和方法
1.1 系统硬件结构
本系统结构的硬件构成主要包括STC89C52单片机、D/A数模转换模块、LCD液晶显示模块、参数按键选择设置电路、预放大滤波电路和直流电源模块等。该低频脉冲信号源的结构框图如图1所示。采用STC89C52单片机产生脉冲信号, 输出脉冲信号的幅值、占空比和频率可通过程序控制调节。
单片机部分电路主要包括单片机控制电路、时钟电路和复位电路。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS微控制器, 具有8 KB系统可编程Flash存储器[13,14]。在系统中, 当程序运行不正常时, 必须应用复位电路对系统进行复位。该复位电路采用手动复位按键和复位电容并联, 实现上电复位和手动复位功能。时钟电路由外部晶振驱动, 为提高信号输出精度, 采用24 MHz晶振。同时, 本系统外加一片AT24C02存储芯片用来存储参数设置, 使系统开机运行时直接从中读取保存的数据, 简化开机数据设置。
在系统中通过6个按键连接单片机P3口实现对输出脉冲信号参数的控制。其中3个按键分别对应频率、占空比和幅值设定选择功能, 当选中其中一个参数后, 第4、5个键分别对参数值进行加减改变, 当参数设置合适后, 按下第6个键进行确认输出。其频率输出可调范围为0~2 k Hz、步进为0.5 Hz;占空比和幅值可调范围分别为10%~80%和0~5 V。
本设计输出信号参数通过液晶显示模块LCD1602进行显示。首先在初始化中先设置其显示模式, 每次输入指令前都判断其是否处于繁忙状态。其内部字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形, 可以把所需地址中的字符进行显示。LCD1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作通过指令编程实现。
为了将单片机产生的数字信号转换为所需的脉冲信号, 必须通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号, 本设计采用了价格低、接口简单和转换易控制的8位分辨率数模转换器DAC0832。DAC0832为电流型输出, 设计中外接运算放大器实现电压型输出。本设计采用直通工作方式, 单极输出电路, 基准电压为5 V, 因此控制其输出电压范围为0~5 V。
因为本系统设计需要±12和5 V电源电压, 所以在电源部分采用7812、7912和7805直流稳压芯片设计直流电源。该电源能够实现±12和5 V 3路输出, 满足系统的需要。
系统控制电路原理图采用电子设计软件PRO-TELL DXP进行设计, 如图2所示。
1.2 系统软件实现
系统软件程序设计实现是该信号发生器的核心。软件设计主要包括主程序、脉冲方波产生程序、显示输出参数程序、按键处理程序、输出信号参数设定程序。
主程序主要是对系统实现初始化, LCD初始显示, 同时扫描是否有对应的功能键按下, 对系统化进行中断管理, 调用各功能子程序。当按键处理程序执行时, 将用户通过按键设定的参数送至单片机, 从而控制单片机输出相应需要的信号。程序通过改变信号输出与停止时间实现频率的调节, 进而通过调节信号输出与停止的时间比值实现占空比调节。系统设定D/A转换电路基准电压Vref为5 V, 因此根据按键设定使单片机输入数字量00H—FFH变化, 从而实现电压输出可调范围为0~5 V。系统程序在KEIL环境下采用C语言编写, 因此程序代码具有可读性强、维护方便和可移植等优点。系统的主程序流程如图3所示。
2 信号输出结果
为评估该智能参数可调低频脉冲信号发生器的输出信号参数性能, 在该低频脉冲信号发生器系统上电后, 采用TEKTRONIX TBS 1022示波器检测其输出信号各参数。第1组输出脉冲信号参数设置为频率f=10.5 Hz、占空比50%、幅值2 V;第2组输出脉冲信号参数设置为频率f=29 Hz、占空比42%、幅值2 V;第3组输出脉冲信号参数设置为频率f=600 Hz、占空比50%、幅值4 V。
分别采用示波器对3组输出信号进行测试, 第1组设定参数输出信号波形如图4 (a) 所示, 输出频率误差仅为0.01 Hz, 而占空比和幅值误差均为0%;第2组设定参数输出信号波形如图4 (b) 所示, 输出频率误差为0.02 Hz, 幅值误差为0.04 V, 占空比误差为0%;第3组设定参数输出信号波形如图4 (c) 所示, 输出频率误差为0.1 Hz, 幅值误差为0 V, 占空比误差为0.4%。根据测试, 该低频脉冲信号源符合设计要求。
3 讨论
低频脉冲信号源在很多方面的应用越来越广泛, 因此设计制作适合特殊需要的参数可调信号源就变得非常必要。本研究设计的低频脉冲信号发生器能够产生频率、占空比和幅值单独可调的脉冲信号, 且输出信号波形失真度低, 系统具有小型化、集成便携的优点。
该可调低频脉冲信号源不但能够满足一般工业控制的需要, 而且其输出信号参数独立可调的特性使其作为低频脉冲电磁场的信号源具有独特的优势。参数独立可调使线圈产生的电磁场具有更可控的生物电磁效应, 可广泛应用于低频脉冲电磁场生物效应研究, 通过调节产生不同参数的脉冲波形, 从而控制输出适合不同伤口愈合治疗的低频脉冲电磁场。然而, 由实验测试3个信号输出波形图看出, 虽然信号波形失真度较小, 但随着频率升高略有失真, 在随后工作中将进一步通过改变程序设计降低波形失真。
摘要：目的:研制能够输出频率、占空比和幅值独立可调的低频脉冲信号源发生器。方法:采用STC89C52单片机系统产生低频脉冲信号。应用D/A转换器DAC0832将单片机产生的数字信号转换为模拟信号, 最终进行滤波和预放大。该输出信号的频率、占空比和幅度可通过程序和按键控制调节, 输出信号参数可通过LCD1602液晶进行实时显示。结果:采用TEKTRONIX示波器对输出信号进行检测, 该信号源输出脉冲信号频率可调范围为02 k Hz、步进为0.5 Hz, 占空比可调范围为10%80%, 输出电压峰值为05 V。结论:该智能低频脉冲信号源结构紧凑、灵活可控, 能够保证输出低频脉冲信号准确可靠。