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《智能超聲波潔牙機(jī)的設(shè)計(jì)大學(xué)畢設(shè)論文.doc》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、智能超聲波潔牙機(jī)的設(shè)計(jì)來源:單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用?作者:漳州師范學(xué)院張華林摘?要:介紹在單片機(jī)控制下智能超聲波潔牙機(jī)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì),特別介紹硬件設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題:穩(wěn)定振蕩信號(hào)的產(chǎn)生;振蕩信號(hào)的強(qiáng)度控制及輸出控制;諧振點(diǎn)的自動(dòng)掃描搜索。關(guān)毽詞:超聲波?潔牙機(jī)?推挽功率放大?電流取樣反饋 ???超聲波潔牙機(jī)在醫(yī)療領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用?,F(xiàn)國內(nèi)外所用超聲波潔牙機(jī)多采用模擬振蕩電路。存在如下缺陷:第一,振蕩頻率容易漂移。在連續(xù)工作一段時(shí)間后,振蕩頻率漂移,造成潔牙機(jī)工作不正常。第二,由于壓電陶瓷片諧振頻帶范圍窄,諧振頻率點(diǎn)采用手動(dòng)搜索,不容易找準(zhǔn)。本人設(shè)計(jì)的超聲波沽牙機(jī)以單片機(jī)為核心
2、,采用電流取樣反饋?zhàn)詣?dòng)掃描搜索諧振點(diǎn),諧振頻率和振蕩強(qiáng)度數(shù)字鎖定,諧振點(diǎn)漂移極小,從而在根本上解決了上述問題。該電路設(shè)計(jì)思路新穎,抗干擾能力強(qiáng),工作穩(wěn)定可靠?!?硬件設(shè)計(jì)???硬件電路框圖如圖1所示。該潔牙機(jī)的基本工作過程如下:TL494為核心振蕩電路在MPU控制下產(chǎn)生占空比可控的推挽脈沖輸出,由MPU串行發(fā)送數(shù)據(jù)到振蕩頻率控制電路,控制振蕩產(chǎn)生電路的振蕩頻率,使振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)的占空比和頻率受MPU控制,該振蕩信號(hào)經(jīng)功率放大電路放大,經(jīng)高頻變壓器升壓后驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷片,把超聲振蕩電信號(hào)轉(zhuǎn)為超聲機(jī)械振動(dòng)信號(hào),該機(jī)械振動(dòng)能良好地清除牙垢和牙結(jié)石等,從而達(dá)到美觀牙齒的效果。1.1電源設(shè)計(jì)??
3、?超聲潔牙機(jī)在正常工作時(shí)功率為10~20W,且要求在180~250V的寬電壓范圍內(nèi)工作,為滿足要求,減少電源部分發(fā)熱,本電路電源部分采用開關(guān)電源。整機(jī)電路原理圖如圖2所示。???本開關(guān)電源采用摩托羅拉公司的DC—DC控制芯片MC34063,該電路具有線路簡單,成本低廉,效率高,溫升低的特點(diǎn)。核心元件MC34063是一種單片雙極型線性集成電路,片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源,一個(gè)占空比周期控制振蕩器驅(qū)動(dòng)器和大電流輸出開關(guān)。輸出電壓U=(1+R2/RI)·1.25V,限流電阻為1Ω,故輸人電流被限制在0.3V/1Ω=0.3A。1.2?振蕩電路???振蕩信號(hào)的產(chǎn)生有多種方法。最簡單的方法是由PIC1
4、6F73直接產(chǎn)生PWM輸出,該方法簡潔方便,但有兩個(gè)缺陷:第一,不能產(chǎn)生推挽振蕩信號(hào)。因而功率放大電路只能工作在正半周,效率低,發(fā)熱較嚴(yán)重,不利于電路穩(wěn)定工作。第二,壓電陶瓷片的諧振點(diǎn)在(30±5)kHz,諧振頻帶寬度≤80Hz。PIC16F73的PWM輸出在25~35kHz頻率下,步進(jìn)頻率≥lOOHz,因此PICl6F73的PWM輸出可能找不到壓電陶瓷片的最佳諧振點(diǎn)。筆者設(shè)計(jì)的振蕩電路圓滿解決了上述問題。???振蕩電路控制芯片采用TLt94,該芯片內(nèi)部框圖如圖3所示,具體電路見圖2。推挽振蕩信號(hào)由TL494的9腳和10腳輸出,該信號(hào)的頻率由T1。494的5腳和6腳外接的電容Ct和電阻Rt決
5、定,Rt和Ct應(yīng)選用低溫漂的電阻和電容。該信號(hào)振蕩頻率計(jì)算公式為:fosc=1.1/2Rt·Ct;該信號(hào)的占空比由TL494的1腳和2腳的外接信號(hào)電壓決定。1.3?頻率控制???為滿足壓電陶瓷片振蕩頻率為25~35kHz,步進(jìn)頻率≤80Hz的要求,圖2電路中的Rw是阻值為20kΩ的粗調(diào)電位器,數(shù)字電位器IC4是PICl6F73控制下的細(xì)調(diào)電位器。經(jīng)計(jì)算Rw粗調(diào)(以1C4為5kΩ計(jì)),使,fosc變化范圍為24.5~35.7kHz,滿足要求。細(xì)調(diào)的數(shù)字電位器IC4選用總阻值10kΩ,256級(jí)可調(diào)的MCP41010,MCP41010與PIcl6F73的通信采用方便快捷的SPI方式,步進(jìn)阻值是39
6、.0625Ω。振蕩器的步進(jìn)頻率為:??? ???振蕩頻率為35kHz時(shí)的步進(jìn)頻率為30.4Hz,振蕩頻率為25kHz時(shí)的步進(jìn)頻率為15.6Hz。由上述數(shù)據(jù)可知,采用數(shù)字電位器控制TL494工作方式可滿足壓電陶瓷片諧振帶寬的要求。1.4?強(qiáng)度控制???本潔牙機(jī)設(shè)計(jì)了靈敏的強(qiáng)度控制電路。PIC16F73的RAl腳外接電位器Rw1,調(diào)在不同位置則RAl輸入的模擬電壓不同,經(jīng)PICl6F73內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),該信號(hào)決定由CCPl輸出的PWM信號(hào)的占空比。PWM信號(hào)經(jīng)濾波后送到TI.494的2腳,與l腳送入的參考電壓比較,從而決定TL494的9腳和10腳輸出的振蕩信號(hào)脈寬在0~48%。當(dāng)引腳開
7、關(guān)斷開時(shí),PIC16F73判斷到RC3輸入為高電平,則PICl6F73的PWM輸出占空比為0,TL494的9腳和10腳輸出振蕩信號(hào)占空比為O,從而控制潔牙機(jī)停止機(jī)械振蕩輸出。1.5?推挽功率放大???超聲機(jī)械振蕩為了起到良好的潔牙效果,機(jī)械振蕩必須達(dá)到一定的強(qiáng)度,即送到壓電陶瓷片的由TL494輸出的振蕩信號(hào)必須先經(jīng)過功率放大。由于功率管流過的瞬間電流達(dá)到1.1A,為減少功率管發(fā)熱,縮小散熱片,采用場效應(yīng)管作為