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《智能超聲波潔牙機的設計學士學位論文.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、智能超聲波潔牙機的設計來源：單片機及嵌入式系統(tǒng)應用?作者：漳州師范學院張華林摘?要：介紹在單片機控制下智能超聲波潔牙機的硬件設計、軟件設計和抗干擾設計，特別介紹硬件設計中的幾個關鍵問題：穩(wěn)定振蕩信號的產(chǎn)生；振蕩信號的強度控制及輸出控制；諧振點的自動掃描搜索。關毽詞：超聲波?潔牙機?推挽功率放大?電流取樣反饋 ???超聲波潔牙機在醫(yī)療領域已廣泛應用。現(xiàn)國內(nèi)外所用超聲波潔牙機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)工作一段時間后，振蕩頻率漂移，造成潔牙機工作不正常。第二，由于壓電陶瓷片諧振頻帶范圍窄，諧振頻率點采用手動搜索，不容易找準。本人
2、設計的超聲波沽牙機以單片機為核心，采用電流取樣反饋自動掃描搜索諧振點，諧振頻率和振蕩強度數(shù)字鎖定，諧振點漂移極小，從而在根本上解決了上述問題。該電路設計思路新穎，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定可靠?！?硬件設計???硬件電路框圖如圖1所示。該潔牙機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)生的振蕩信號的占空比和頻率受MPU控制，該振蕩信號經(jīng)功率放大電路放大，經(jīng)高頻變壓器升壓后驅(qū)動壓電陶瓷片，把超聲振蕩電信號轉為超聲機械振動信號，該機械振動能良好
3、地清除牙垢和牙結石等，從而達到美觀牙齒的效果。1.1電源設計???超聲潔牙機在正常工作時功率為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電源。整機電路原理圖如圖2所示。???本開關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。核心元件MC34063是一種單片雙極型線性集成電路，片內(nèi)包含有溫度補償帶隙基準源，一個占空比周期控制振蕩器驅(qū)動器和大電流輸出開關。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
4、．3V／1Ω=0．3A。1．2?振蕩電路???振蕩信號的產(chǎn)生有多種方法。最簡單的方法是由PIC16F73直接產(chǎn)生PWM輸出，該方法簡潔方便，但有兩個缺陷：第一，不能產(chǎn)生推挽振蕩信號。因而功率放大電路只能工作在正半周，效率低，發(fā)熱較嚴重，不利于電路穩(wěn)定工作。第二，壓電陶瓷片的諧振點在(30±5)kHz，諧振頻帶寬度≤80Hz。PIC16F73的PWM輸出在25～35kHz頻率下，步進頻率≥lOOHz，因此PICl6F73的PWM輸出可能找不到壓電陶瓷片的最佳諧振點。筆者設計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
5、示，具體電路見圖2。推挽振蕩信號由TL494的9腳和10腳輸出，該信號的頻率由T1。494的5腳和6腳外接的電容Ct和電阻Rt決定，Rt和Ct應選用低溫漂的電阻和電容。該信號振蕩頻率計算公式為：fosc=1．1／2Rt·Ct；該信號的占空比由TL494的1腳和2腳的外接信號電壓決定。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控制下的細調(diào)電位器。經(jīng)計算Rw粗調(diào)(以1C4為5kΩ計)，使，fosc變化范圍為24．5～35．7kHz，滿足
6、要求。細調(diào)的數(shù)字電位器IC4選用總阻值10kΩ，256級可調(diào)的MCP41010，MCP41010與PIcl6F73的通信采用方便快捷的SPI方式，步進阻值是39．0625Ω。振蕩器的步進頻率為：??? ???振蕩頻率為35kHz時的步進頻率為30．4Hz，振蕩頻率為25kHz時的步進頻率為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?強度控制???本潔牙機設計了靈敏的強度控制電路。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轉換為數(shù)字
7、信號，該信號決定由CCPl輸出的PWM信號的占空比。PWM信號經(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腳輸出的振蕩信號脈寬在0～48％。當引腳開關斷開時，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腳輸出振蕩信號占空比為O，從而控制潔牙機停止機械振蕩輸出。1.5?推挽功率放大???超聲機械振蕩為了起到良好的潔牙效果，機械振蕩必須達到一定的強度，即送到壓電陶瓷片的由TL494輸出的振蕩信號必須先經(jīng)過功率放大。由于功率管流過的瞬間電流達到1．1A，為減少功
8、率管發(fā)熱，縮小散熱片，采用場效應管作為
