以单片机为核心的超声波洁牙机软硬件设计方案

以单片机为核心的超声波洁牙机软硬件设计方案

本文探讨以单片机为核心的超声波洁牙机软硬件设计，该洁牙机采用电流取样反馈自动扫描搜索谐振点，谐振频率和振荡强度数字锁定，谐振点漂移极小，解决了采用模拟振荡电路设计的超声波洁牙机的一些固有缺陷，

一、硬件设计

      硬件电路框图如图1所示。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10～20 W，且要求在180～250 V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)·1．25 V，限流电阻为1 Ω，故输人电流被限制在0．3 V／1 Ω=0．3 A。

      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≤80 Hz。PIC16F73的PWM输出在25～35 kHz频率下，步进频率≥lOO Hz，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，该芯片内部框图如图3所示，具体电路见图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。该信号振荡频率计算公式为：fosc=1．1／2Rt·Ct；该信号的占空比由TL494的1脚和2脚的外接信号电压决定。

　　3、频率控制

　　为满足压电陶瓷片振荡频率为25～35 kHz，步进频率≤80 Hz的要求，图2电路中的Rw是阻值为20 kΩ的粗调电位器，数字电位器IC4是PICl6F73控制下的细调电位器。经计算Rw粗调(以1C4为5 kΩ计)，使，fosc变化范围为24．5～35．7kHz，满足要求。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的通信采用方便快捷的SPI方式，步进阻值是39．0625 Ω。振荡器的步进频率为：

　　振荡频率为35 kHz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，采用数字电位器控制TL494工作方式可满足压电陶瓷片谐振带宽的要求。

　　4、强度控制