电致生物效应高压脉冲源控制系统的实现

　　非致命武器是指为达到使人员或装备失去功能而专门设计的武器系统。按作用对象，非致命武器可分为反装备和反人员两大类。目前，外国发展的用于反装备的非致命武器主要有超级润滑剂、材料脆化剂、超级腐蚀剂、超级粘胶以及动力系统熄火弹等。对于人们所议论的"非致命武器"合法性问题，军方的确进行过审察，以确保其不违背国际和平条约。海军陆战队负责非致命武器评介的律师约瑟夫?鲁提格利亚诺说，大多数这种武器"并没引起多大质疑".他指出说，可能面临麻烦的是那些归入《化学武器公约》范围的武器，该公约"禁止将像催泪瓦斯这种用于控制骚乱的物质用于军事攻击性军事行动".

　　电致生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物体的作用。要求脉冲的幅值、宽度和频率在一定范围内可调，因此高压脉冲源基于全固态刚管调制技术实现并由直流高压电源、串联IGBT调制开关和控制系统三部分组成。基于8051微控制器的高压脉冲源控制系统具有设计简单，电路可靠的优点。但其程序设计一般为前后台系统，实时性较差，从而使输出脉冲波形稳定性不能满足实验要求。本文基于嵌入式实时操作系统Small RTOS51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0.1%.从而能可靠地用于生物效应实验。

　　1 硬件设计

　　电致生物效应高压脉冲源要求产生500~5 000 V宽范围的脉冲高压输出，控制系统管理高压脉冲源所有组件的工作，是实现高可靠性的核心。控制系统的主要功能是：不断扫描键盘获取电源工作参数/命令，根据设置的参数和不断采样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压恒压输出;采样初级开关电源状态，用以实时计算电源输出功率，以保护实现对象;实时在点阵式彩色图形液晶屏上显示电源的工作状态。高压脉冲源原理如图1所示。

　　控制系统的硬件主要由控制核心、脉宽调制模块、电压控制与采样模块、键盘和显示模块、掉电数据保存模块组成。

　　1.1 电压输出控制与采样模块

　　当高压脉冲输出时，控制系统不断采样输出电压幅值，并与设定值进行比较，根据比较结果调整初级高压开关电源的输出。输出电压采样的准确性和初级高压开关电源输出控制精度是实现高压脉冲精确稳定输出的关键。基于MAX526和MAX197可实现12位分辨率的输出控制与采样。为了减少高压脉冲源初级开关电源引起的高频干扰对电压控制与采样电路的影响，除了对地线进行合理布线外，对MAX526,MAX197的数字电压源串联5 Ω电阻进行电源滤波。MAX526,MAX197外围电路如图3所示。