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压电陶瓷片谐振点的扫描搜索完成

编辑: admin 时间: 2018-06-16 12:29

导读: 本文介绍了单片机控制下智能超声波洁牙机的硬件设计、软件设计和抗干扰设计,特别介绍硬件设计中的几个关键问题:稳定振荡信号的产生;振荡信号的强度控制及输出控制;谐振点

  本文介绍了单片机控制下智能超声波洁牙机的硬件设计、软件设计和抗干扰设计,特别介绍硬件设计中的几个关键问题:稳定振荡信号的产生;振荡信号的强度控制及输出控制;谐振点的自动扫描搜索。

  本洁牙机设计了灵敏的强度控制电路。PIC16F73的RAl脚外接电位器Rw1,调在不同位置则RAl输入的模拟电压不同,经PICl6F73内部A/D转换为数字信号,该信号决定由CCPl输出的PWM信号的占空比。PWM信号经滤波后送到TI.494的2脚,与l脚送入的参考电压比较,从而决定TL494的9脚和10脚输出的振荡信号脉宽在0~48%。当引脚开关断开时,PIC16F73判断到RC3输入为高电平,则PICl6F73的PWM输出占空比为0,TL494的9脚和10脚输出振荡信号占空比为O,从而控制洁牙机停止机械振荡输出。

  超声机械振荡为了起到良好的洁牙效果,机械振荡必须达到一定的强度,即送到压电陶瓷片的由TL494输出的振荡信号必须先经过功率放大。由于功率管流过的瞬间电流达到1.1 A,为减少功率管发热,缩小散热片,采用场效应管作为功率驱动管。本电路中的场效应管采用简法驱动,实践证明,该功率放大电路性能稳定,发热极少,能有效地缩小线路板体积。经功率放大后的信号由高频变压器升压到峰峰值250~350 V,送到压电陶瓷片转换为超声机械振荡。

  压电陶瓷片的谐振点自动扫描搜索是本电路的一大特点和难点。由于压电陶瓷片的谐振点各不相同,为了让电路能适应各种压电陶瓷片,笔者设计了谐振点自动扫描搜索电路。当PICl6F73刚上电,且引脚开关接通时,CCPl的PWM输出脉宽固定为80%,从而TL494的9脚和10脚的输出信号脉宽固定不变。同时PICl6F73周期地发送数据到数字电位器MCP41010,使MCP41010的6脚和5脚问的电阻从O步进到10 k,则TL494的9脚和lO脚的输出频率以15.6~30.4 Hz步进变化。占空比固定不变的信号,当振荡信号频率与压电陶瓷片的谐振频率一致时,流经场效应管源漏极的电流最大。该电流由采样电阻Ra转变为电压信号,经运放放大后送到PICl6F73的RAO,PIC16F73对该电压进行A/D转换为数值Q,记忆住Q为最大值时送到数字电位器的数据P。当数字电位器由O变化到10 k时,压电陶瓷片谐振点的扫描搜索完成。把数据P送到数字电位器,则TL494输出固定频率的振荡信号,即是压电陶瓷片的谐振频率。运放的选型一定要注意带宽大于2 MHz,因为采样电阻Ra的峰值电压在扫描搜索时变化很快,如果运放的带宽不足,则可能找不到压电陶瓷片的最佳谐振点。本电路选用带宽为2.8 MHz的MCP602。

  本洁牙机的硬件设计稍显复杂,软件设计相对简单。软件总流程图如图4所示,压电陶瓷片谐振点扫描搜索子程序流程如图5所示。

  沽牙机自身有电磁阀、脚踩开关、高频变压器等器件会产生较强的干扰。另外,本机还配套用于牙科治疗台,该治疗台有好几台功率较强的电机在工作,会对洁牙机造成严重的电磁干扰。当干扰信号来临时,可能出现死机,程序乱飞,破坏系统参数等不正常现象,故而在硬件和软件上都相应采取一些抗干扰措施。

  在洁牙机的电源输入端接入电源滤波器,滤除电网中的高次谐波和脉冲干扰。单片机选型时选择带硬件看门狗的型号,或者外加看门狗电路,可以有效地监视程序是否陷入死循环故障。在每个芯片的电源输入端与共地端并接一个O.1 F去耦电容,对脚开关送来的信号进行光隔离。以上措施都是行之有效的。

  第一,软件冗余。对任意的输出信号和设置均不断重复刷新,且周期设定在5 ms。对A/D转换采用转换8次求平均法,以得到尽量准确的信号。

  第二,软件陷阱。软件陷阱技术是通过跳转指令强行将捕获到的乱飞程序引入复位地址0000H,使程序纳入正轨。在各控制模块之间和未使用的程序空间设置软件陷阱可以有效地抑制程序乱飞,使程序运行更加可靠。

  该智能超声波洁牙机已批量生产。实测表明,该机谐振点扫描搜索准确,在工作环境温度0~60℃,压电陶瓷片谐振范围在25~35 kHz的情况下,谐振点漂移小于10 Hz。实践证明,该电路性能稳定可。

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