基于dsPIC30F的脈沖氙燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案解析

　隨著計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子技術(shù)的發(fā)展，道路檢測(cè)車(chē)使得大規(guī)模、快速、準(zhǔn)確地獲取道路使用信息成為可能。檢測(cè)車(chē)上的攝像系統(tǒng)按攝像速度分為普通攝像機(jī)、高速攝像機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)，其中高速攝像機(jī)主要用于對(duì)路面的裂縫、坑槽等破壞狀況進(jìn)行圖像采集。然而在使用高速攝像機(jī)時(shí)，大多數(shù)檢測(cè)車(chē)采用的是持續(xù)照射的光源。由于光源的強(qiáng)度較低，在實(shí)際使用時(shí)往往需要增加曝光時(shí)間來(lái)達(dá)到高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。因此，提高照射的光源強(qiáng)度可以提高圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。而脈沖氙燈就能解決光亮度與伴隨熱量的矛盾。它放電時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈的光，但閃光持續(xù)時(shí)間很短，所以熱量影響較小。由于瞬時(shí)光能量大，圖像的層次還原較好［1］。
　　為了延長(zhǎng)脈沖氙燈的壽命，提高光電轉(zhuǎn)換效率，必須研制出適合脈沖氙燈的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)了滿足脈沖氙燈工作時(shí)的起輝、預(yù)燃和高壓放電三個(gè)階段的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。脈沖氙燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用Microchip dsPIC30F為主控芯片。該芯片是一款將單片機(jī)與DSP技術(shù)相結(jié)合的高性能16位數(shù)字信號(hào)控制器，綜合了單片機(jī)（MCU）的控制功能和集成了多種外設(shè)的優(yōu)點(diǎn)，以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理吞吐能力［2］。此外，它在異常事件處理，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等方面也表現(xiàn)出強(qiáng)大的性能［3］。由于dsPIC30F芯片的內(nèi)部資源豐富，基于dsPIC30F平臺(tái)開(kāi)發(fā)的脈沖氙燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要的外設(shè)很少，不但系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性能夠滿足脈沖氙燈在各種環(huán)境下運(yùn)行的要求，而且可以提高系統(tǒng)的靈活性，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)成本。
　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在脈沖氙燈起輝時(shí)能夠提供足夠的輸入電壓（約5kV）使其發(fā)生輝光放電，在預(yù)燃及高壓放電時(shí)能夠提供穩(wěn)定的預(yù)燃電流（約100mA）及高壓放電電壓（1～3kV）。本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)四組并聯(lián)的脈沖氙燈，以dsPIC30F4011芯片為核心，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要由dsPIC30F控制電路、高壓充放電電路、預(yù)燃電路、高壓起輝電路，面板輸出顯示及計(jì)算機(jī)通信接口構(gòu)成。
　　
　　圖1 脈沖氙燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
　　dsPIC30F控制電路
　　dsPIC30F控制電路以dsPIC30F4011為主控芯片，主要實(shí)現(xiàn)脈沖氙燈工作時(shí)起輝、預(yù)燃和高壓放電三個(gè)階段時(shí)對(duì)相應(yīng)電路的工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及對(duì)檢測(cè)和保護(hù)信號(hào)進(jìn)行處理和面板顯示。控制電路上電進(jìn)行主電控制，將220V/AC輸入電壓接入到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主回路，包括高壓充放電電路、預(yù)燃電路和高壓起輝電路。然后通過(guò)功率變換，即可輸出脈沖氙燈工作時(shí)三個(gè)階段所需要的電壓。