基于dsPIC30F的脉冲氙灯驱动系统的设计方案解析

　随着计算机、机械、电子技术的发展，道路检测车使得大规模、快速、准确地获取道路使用信息成为可能。检测车上的摄像系统按摄像速度分为普通摄像机、高速摄像机和数码摄像机，其中高速摄像机主要用于对路面的裂缝、坑槽等破坏状况进行图像采集。然而在使用高速摄像机时，大多数检测车采用的是持续照射的光源。由于光源的强度较低，在实际使用时往往需要增加曝光时间来达到高质量的图像数据。因此，提高照射的光源强度可以提高图像数据的质量。而脉冲氙灯就能解决光亮度与伴随热量的矛盾。它放电时发出强烈的光，但闪光持续时间很短，所以热量影响较小。由于瞬时光能量大，图像的层次还原较好［1］。
　　为了延长脉冲氙灯的寿命，提高光电转换效率，必须研制出适合脉冲氙灯的驱动系统。本文设计了满足脉冲氙灯工作时的起辉、预燃和高压放电三个阶段的驱动系统。脉冲氙灯驱动系统采用Microchip dsPIC30F为主控芯片。该芯片是一款将单片机与DSP技术相结合的高性能16位数字信号控制器，综合了单片机（MCU）的控制功能和集成了多种外设的优点，以及数字信号处理器（DSP）的计算能力和数据处理吞吐能力［2］。此外，它在异常事件处理，软件开发环境等方面也表现出强大的性能［3］。由于dsPIC30F芯片的内部资源丰富，基于dsPIC30F平台开发的脉冲氙灯驱动系统需要的外设很少，不但系统的抗干扰性和可靠性能够满足脉冲氙灯在各种环境下运行的要求，而且可以提高系统的灵活性，缩短开发时间，降低开发成本。
　　驱动系统的硬件设计
　　驱动系统在脉冲氙灯起辉时能够提供足够的输入电压（约5kV）使其发生辉光放电，在预燃及高压放电时能够提供稳定的预燃电流（约100mA）及高压放电电压（1～3kV）。本系统驱动四组并联的脉冲氙灯，以dsPIC30F4011芯片为核心，硬件结构图如图1所示，主要由dsPIC30F控制电路、高压充放电电路、预燃电路、高压起辉电路，面板输出显示及计算机通信接口构成。
　　
　　图1 脉冲氙灯驱动系统硬件结构图
　　dsPIC30F控制电路
　　dsPIC30F控制电路以dsPIC30F4011为主控芯片，主要实现脉冲氙灯工作时起辉、预燃和高压放电三个阶段时对相应电路的工作进行调节，以及对检测和保护信号进行处理和面板显示。控制电路上电进行主电控制，将220V/AC输入电压接入到驱动系统的主回路，包括高压充放电电路、预燃电路和高压起辉电路。然后通过功率变换，即可输出脉冲氙灯工作时三个阶段所需要的电压。