基于一种PIC16F73单片机超声波洁牙机设计
方案
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该洁牙机的基本工作过程如下:TL494为核心振荡电路在MPU控制下产生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控制电路,控制振荡产生电路的振荡频率,使振荡电路产生的振荡信号的占空比和频率受MPU控制,该振荡信号经功率放大电路放大,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械振动信号,该机械振动能良好地清除牙垢和牙结石等,从而达到美观牙齿的效果。
1、电源设计
超声洁牙机在正常工作时功率为10~20W,且要求在180~250V的宽电压范围内工作,为满足要求,减少电源部分发热,本电路电源部分采用开关电源。整机电路原理图如图2所示。
本开关电源采用摩托罗拉公司的DC-DC控制芯片MC34063,该电路具有线路简单,成本低廉,效率高,温升低的特点。核心元件MC34063是一种单片双极型线性集成电路,片内包含有温度补偿带隙基准源,一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关。输出电压U=(1+R2/RI)〃1.25V,限流电阻为1Ω,故输人电流被限制在0.3V/1Ω=0.3A。
2、振荡电路
振荡信号的产生有多种方法。最简单的方法是由PIC16F73直接产生PWM输出,该方法简洁方便,但有两个缺陷:第一,不能产生推挽振荡信号。因而功率放大电路只能工作在正半周,效率低,发热较严重,不利于电路稳定工作。第二,压电陶瓷片的谐振点在(30±5)kHz,谐振频带宽度≤80Hz。PIC16F73的PWM输出在25~35kHz频率下,步进频率≥lOOHz,因此PICl6F73的PWM输出可能找不到压电陶瓷片的最佳谐振点。笔者设计的振荡电路圆满解决了上述问题。
振荡电路控制芯片采用TLt94。推挽振荡信号由TL494的9脚和10脚输出,该信号的频率由T1。494的5脚和6脚外接的电容Ct和电阻Rt决定,Rt和Ct 应选用低温漂的电阻和电容。
3、强度控制
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。
4、推挽功率放大
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1.1A,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250~350V,送到压电陶瓷片转换为超声机械振荡。
5、谐振点的扫描搜索
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10kΩ,则TL494的9脚和lO脚的输出频率以15.6~ 30.4Hz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10kΩ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2MHz,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2.8MHz的MCP602。
浙公网安备 33021202002483