电化学工作站控制模块的设计与实现

  本文关键词：电化学工作站控制模块的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电化学工作站作为一种电化学测试仪器,在生物技术、纳米科技、电池研究等多个领域有着广泛的应用,尤其是在电池领域。由于电池需求的持续增加,以及电池的产量迅速提高,对用于电池高精度、快速检测的电化学工作站的需求也在不断增加。然而以往的电化学工作站基于单片机等低端电子芯片,功能较为单一,已经无法满足科研、市场的需求。本论文依托于“973”项目子课题“电池安全性检测技术研究”,针对电化学工作站应用过程中常遇到的仪器功能单一、输出信号精度低等问题,提出一种基于FPGA+DSP平台的电化学工作站控制模块设计方案。该方案设计的电化学工作站控制模块能实现对电化学工作站的整体控制,并且支持多种电化学测试方法,通过采用多种控制手段,控制模块提升了输出信号的控制精度。本论文主要研究内容包括以下两个方面:1、控制电化学工作站,完成各种电化学测试。电化学测试是电化学工作站的基本功能,控制模块作为电化学工作站的控制枢纽,将根据用户的命令,控制底层功能模块产生各种电化学测试需要的激励信号,同时控制信号采集模块采集被测对象的电流、电压参数并上传到上位机中,这些功能将由控制模块中的功能控制逻辑实现。相较以往基于单片机的电化学仅能提供恒流、恒压、阶跃扫描等最基本的几种电化学测试方法,本课题所研制的电化学工作站能提供多达23种电化学测试方法。2、提高电化学测试输出激励信号的精度。由于电化学工作站采用多层结构,输出的信号经过了多级运输放大器、程控增益放大器,这样便增加了电化学工作站最终的输出的误差。为了给电化学测试提供可靠的激励信号源,控制模块将采用多种控制策略,对输出的扰动信号和溶出信号进行校准,以提高电化学工作站的输出控制精度,这一部分的工作由优化校准逻辑完成。优化校准逻辑设计的关键是交流扰动信号瞬时幅值的估计和误差校准算法,交流扰动信号瞬时幅值估计可采用FIR型希尔伯特变换滤波器求取,而输出信号误差的校准主要采用数字PID算法。本文完成了电化学工作站控制模块的设计与实现,其设计的电化学工作站控制模块能够支持23种电化学测试方法,提升了电化学工作站输出信号的控制精度,经过测试验证,控制模块达到了最初的设计目标。

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