基于DSP的傳感器制備系統的設計

基于光機電技術(shù)和控制理論,以TMS320LF2407A 數字信號處理器為核心,建立了一種數字式的傳感器制備系統。根據傳感器制備系統的機械原理、總體結構和各個(gè)組成部分的實(shí)現方式,提出了基于TMS320LF2407A 的控制系統的設計與實(shí)現。

在分析血糖時(shí),配置相關(guān)的一系列溶液,通過(guò)給金針或銀針按照特定的流程與方法鍍上溶液膜,一段反應時(shí)間后形成傳感器特性。為了達到自動(dòng)化生產(chǎn)的目的,需要考慮相應的機械動(dòng)作的實(shí)現方式、精確度、速度和位置要求等;由于生產(chǎn)過(guò)程中4 個(gè)溶液槽裝有不同的配置溶液,需要根據臨時(shí)的狀況人為地調整、控制每種溶液的鍍膜次數,所以,把整套系統分為4 個(gè)獨立的子系統,它們的機械動(dòng)作和實(shí)現要求完全一樣。

系統的動(dòng)作主要分為上下和前后位移,由于鍍膜過(guò)程中要求傳感器進(jìn)出膜孔板的長(cháng)度與時(shí)間都有相關(guān)的要求,考慮到生產(chǎn)時(shí)間的高效性,所以,采用變速的方式實(shí)現整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。機械部分通過(guò)步進(jìn)電機帶動(dòng)滾珠絲杠和導軌完成, 電子部分則采用TMS320LF2407A 實(shí)現對步進(jìn)電機的控制。

機械設計原理

脈沖當量的確定
　　
采用的脈沖當量為0.005 mm/ 步,若步進(jìn)電機以1kHz 頻率工作,則1ms走一步,工作臺1s移動(dòng)的距離為5mm.
　
確定步進(jìn)電機的型號并驗算
　　
系統選擇的是混合式步進(jìn)電機,根據系統參數可計算出等效轉動(dòng)慣量和負載轉矩。為了使步進(jìn)電機獲得良好的啟動(dòng)能力和較快的響應速度,轉動(dòng)慣量和轉矩匹配條件分析為
J el/ Jm ≤4 , Tel/ Tmax ≤0.5
式中: J el為負載轉動(dòng)慣量,kgm2 ; Jm 為步進(jìn)電機自身的轉動(dòng)慣量,kgm2 ; Tmax為步進(jìn)電機的最大靜轉矩,Nm; Tel為負載等效力矩,Nm.

　
控制系統的設計與實(shí)現

控制系統結構框架見(jiàn)圖1。每個(gè)子系統都有4 鍵的鍵盤(pán)控制,功能分別為啟動(dòng)、換板- 上升、換板- 下降、復位。

用LF2407 控制兩個(gè)步進(jìn)電機,其事件管理器共可以產(chǎn)生16 路PWM 脈沖,而每個(gè)步進(jìn)電機需要2 路PWM,一路用于轉向控制,一路用于步進(jìn)控制。

通過(guò)LF2407 的SPI 口與E2PROM 通信,可以保證電機在掉電過(guò)程中不丟失信息,具體方法為每次中斷時(shí)通過(guò)SPI 向E2PROM 中寫(xiě)入相應的電機控制參數,上電時(shí)bootlader 即可,而且電機驅動(dòng)器有相位記憶功能,這樣就可以保證電機在掉電后的正常運行。

考慮系統運行過(guò)程中的一些突發(fā)事故, 利用PDPINTA/ B 引腳,連接一個(gè)光電隔離TPL521 ,就能實(shí)現過(guò)電流保護等故障保護功能。

由于系統中對步進(jìn)電機的速度控制有一定要求,故需細分以保證平穩,采用SVPWM方法實(shí)現。

系統軟件設計

程序由6 大功能模塊組成,分別為初始化模塊、PWM設置模塊、鍵盤(pán)掃描塊、鍵盤(pán)服務(wù)模塊、電機控制模塊、SPI 收發(fā)模塊。電機控制模塊如圖2 所示,由于步進(jìn)電機的運行頻率低于最高啟動(dòng)頻率,所以,不必考慮加減速控制;中斷為定時(shí)器周期中斷。這樣,每次周期中斷調用一次電機控制模塊,實(shí)現對步進(jìn)電機的速度、啟動(dòng)與停止的控制。

　
結論

系統采用單片TMS320LF2407A ,充分利用了DSP豐富的片內資源和高速運算能力,保證了系統控制的實(shí)時(shí)性,有效地簡(jiǎn)化了硬件設計。