超声波牙刷

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智能超声波洁牙机的设计

日期:2020-09-24 06:36 来源:未知 作者:admin

  超声波洁牙机正在医疗规模已通常行使。现邦外里所用超声波洁牙机众采用模仿振荡电道。存正在如下缺陷:第一,振荡频率容易漂移。正在不断事务一段时期后,振荡频率漂移,变成洁牙机事务不屈常。第二,因为压电陶瓷片谐振频带周围窄,谐振频率点采用手动寻求,阻挡易找准。自己打算的超声波洁牙机以单片机为中心,采用电流取样反应主动扫描寻求谐振点,谐振频率和振荡强度数字锁定,谐振点漂移极小,从而正在底子上处分了上述题目。该电道打算思绪希奇,抗骚扰才气强,事务宁静牢靠。

  硬件电道框图如图1所示。该洁牙机的根本事务流程如下:tl494为中心振荡电道正在mpu担任下爆发占空比可控的推挽脉冲输出,由mpu串行发送数据到振荡频率担任电道,担任振荡爆发电道的振荡频率,使振荡电道爆发的振荡信号的占空比和频率受mpu担任,该振荡信号经功率放大电道放大,经高频变压器升压后驱动压电陶瓷片,把超声振荡电信号转为超声机器振动信号,该机器振动能精良地肃除牙垢和牙结石等,从而到达颜面牙齿的成果。

  超声洁牙机正在平常事务时功率为10~20 w,且请求正在180~250 v的宽电压周围内事务.为知足请求,裁减电源片面发烧,本电道电源片面采用开合电源。整机电道道理图如图2所示。

  本开合电源采用摩托罗拉公司的dc—dc担任芯片mc34063,该电道具有线道粗略,本钱低廉,服从高,温升低的特性。中心元件mc34063是一种单片双极型线性集成电道,片内蕴涵有温度赔偿带隙基准源,一个占空比周期担任振荡器驱动器和大电流输出开合。输出电压u=(1+r2/r1)·1.25 v,限流电阻为1ω,故输入电流被局部正在0.3 v/1 ω=0.3 a。

  振荡信号的爆发有众种手腕。最粗略的手腕是由picl6f73直接爆发pwm输出,该手腕简便便利,但有两个缺陷:第一,不行爆发推挽振荡信号。于是功率放大电道只可事务正在正半周,服从低,发烧较主要,晦气于电道宁静事务。第二,压电陶瓷片的谐振点正在(30±5)khz,谐振频带宽度≤80 hz。:pic16f73的pwm输出正在25~35 khz频率下,步进频率≥100 hz,是以pic16f73的pwm输出恐怕找不到压电陶瓷片的最佳谐振点。笔者打算的振荡电道完善处分了上述题目。

  振荡电道担任芯片采用tl494,该芯片内部框图如图3所示,实在电道睹图2。推挽振荡信号由tl494的9脚和10脚输出,该信号的频率由tl494的5脚和6脚外接的电容ct和电阻rt肯定,rt和ct应选用低温漂的电阻和电容。该信号振荡频率准备公式为:fosc=1.1/2rt?ct;该信号的占空比由tl494的1脚和2脚的外接信号电压肯定。

  为知足压电陶瓷片振荡频率为25~35 khz,步进频率≤80 hz的请求,图2电道中的rw是阻值为20 kω的粗调电位器,数字电位器ic4是pic16f73担任下的细调电位器。经准备rw粗调(以ic4为5 kω计),使厂fosc蜕变周围为24.5~35.7 khz,知足请求。细调的数字电位器ic4选用总阻值10 kω,256级可调的mcp41010,mcp41010与picl6f73的通讯采用便利速速的spi方法,步进阻值是39.0625ω。振荡器的步进频率为:

  hz,振荡频率为35khz时的步进频率为30.4 hz,振荡频率为25 khz时的步进频率为15.6 hz。由上述数据可知,采用数字电位器担任tl494事务方法可知足压电陶瓷片谐振带宽的请求。

  本洁牙机打算了活络的强度担任电道。pic16f73的ra1脚外接电位器rw1,调正在分歧身分则ra1输入的模仿电压分歧,经pic16f73内部a/d转换为数字信号,该信号肯定由ccp1输出的pwm信号的占空比。pwm信号经滤波后送到tl494的2脚,与1脚送入的参考电压对照,从而肯定tl494的9脚和10脚输出的振荡信号脉宽正在o~48%。当引脚开合断开时,pic16f73剖断到rc3输入为高电平,则pic16f73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,从而担任洁牙机结束机器振荡输出。

  超声机器振荡为了起到精良的洁牙成果,机器振荡必需到达必然的强度,即送到压电陶瓷片的由tl494输出的振荡信号必需先过程功率放大。因为功率管流过的霎时电流到达1.1a,为裁减功率管发烧,缩小散热片,采用场效应管动作功率驱动管。本电道中的场效应管采用简法驱动,试验证据,该功率放大电道机能宁静,发烧极少,能有用地缩小线道板体积。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器振荡。

  压电陶瓷片的谐振点主动扫描寻求是本电道的一大特性和难点。因为压电陶瓷片的谐振点各不相似,为了让电道能适宜各式压电陶瓷片,笔者打算了谐振点主动扫描寻求电道。当pic16f73刚上电,且引脚开合接通时,ccp1的pwm输出脉宽固定为80%,从而tl494的9脚和1o脚的输出信号脉宽固定褂讪。同时pic16f73周期地发送数据到数字电位器mcp41010,使mcp41010的6脚和5脚间的电阻从o步进到10 kω,则tl494的9脚和10脚的输出频率以15.6~30.4 hz步进蜕变。占空比固定褂讪的信号,当振荡信号频率与压电陶瓷片的谐振频率类似时,流经场效应管源漏极的电流最大。该电流由采样电阻ra转换为电压信号,经运放放大后送到pic16f73的ra0,pic16f73对该电压举办a/d转换为数值q,追忆住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蜕变到10 kω时,压电陶瓷片谐振点的扫描寻求完工。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。运放的选型必然要属意带广漠于2 mhz,由于采样电阻ra的峰值电压正在扫描寻求时蜕变很速,假如运放的带宽亏空,则恐怕找不到压电陶瓷片的最佳谐振点。本电道选用带宽为2.8 mhz的mcp602。

  本洁牙机的硬件打算稍显庞杂,软件打算相对粗略。软件总流程图如图4所示,压电陶瓷片谐振点扫描寻求子次序流程如图5所示。

  洁牙机本身有电磁阀、脚踩开合、高频变压器等器件会爆发较强的骚扰。别的,本机还配套 用于牙科诊治台,该诊治台有好几台功率较强的电机正在事务,会对洁牙机变成主要的电磁骚扰。当骚扰信号来姑且,恐怕崭露死机,次序乱飞,伤害编制参数等不屈常气象,故而正在硬件和软件上都相应采用少许抗骚扰门径。

  正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骚扰。单片机选型时选拔带硬件看门狗的型号,或者外加看门狗电道,可能有用地监督次序是否陷入死轮回打击。正在每个芯片的电源输入端与共地端并接一个o.1μf去耦电容,对脚开合送来的信号举办光分开。以上门径都是行之有用的。

  第一,软件冗余。对轻易的输出信号和设立均不时反复改进,且周期设定正在5 ms。对a/d转换采用转换8次求均匀法,以取得尽量凿凿的信号。

  第二,软件组织。软件组织工夫是通过跳转指令强行将搜捕到的乱飞次序引入复位地点ooooh,使次序纳入正途。正在各担任模块之间和未应用的次序空间设立软件组织可能有用地欺压次序乱飞,使次序运转尤其牢靠。

  该智能超声波洁牙机已批量出产。实测解说,该机谐振点扫描寻求凿凿,正在事务境遇温度o~60℃,压电陶瓷片谐振周围正在25~35 khz的状况下,谐振点漂移小于10 hz。试验证据,该电道机能宁静牢靠,打击率极低。如对该电道稍加革新,便可行使于更通常的超声洁净规模,该电道具有鲜明的扩大行使价格。