基於單片機的智能超聲波潔牙機設計

　　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，調在不同位置則RAl輸入的模擬電壓不同，經PICl6F73內部A／D轉換為數位訊號，該信號決定由CCPl輸出的PWM信號的佔空比。PWM信號經濾波後送到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輸出佔空比為0，TL494的9腳和10腳輸出振蕩信號佔空比為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過功率放大。由於功率管流過的瞬間電流達到1．1 A，為減少功率管發熱，縮小散熱片，採用場效應管作為功率驅動管。本電路中的場效應管採用簡法驅動，實踐證明，該功率放大電路性能穩定，發熱極少，能有效地縮小線路板體積。經功率放大後的信號由高頻變壓器升壓到峰峰值250～350 V，送到壓電陶瓷片轉換為超聲機械振蕩。

　　1.6 諧振點的掃描搜索

　　壓電陶瓷片的諧振點自動掃描搜索是本電路的一大特點和難點。由於壓電陶瓷片的諧振點各不相同，為了讓電路能適應各種壓電陶瓷片，筆者設計了諧振點自動掃描搜索電路。當PICl6F73剛上電，且引腳開關接通時，CCPl的PWM輸出脈寬固定為80％，從而TL494的9腳和10腳的輸出信號脈寬固定不變。同時PICl6F73周期地發送數據到數字電位器MCP41010，使MCP41010的6腳和5腳問的電阻從O步進到10 kΩ，則TL494的9腳和lO腳的輸出頻率以15．6～30．4 Hz步進變化。佔空比固定不變的信號，當振蕩信號頻率與壓電陶瓷片的諧振頻率一致時，流經場效應管源漏極的電流最大。該電流由採樣電阻Ra轉變為電壓信號，經運放放大後送到PICl6F73的RAO，PIC16F73對該電壓進行A／D轉換為數值Q，記憶住Q為最大值時送到數字電位器的數據P。當數字電位器由O變化到10 kΩ時，壓電陶瓷片諧振點的掃描搜索完成。把數據P送到數字電位器，則TL494輸出固定頻率的振蕩信號，即是壓電陶瓷片的諧振頻率。運放的選型一定要注意帶寬大於2 MHz，因為採樣電阻Ra的峰值電壓在掃描搜索時變化很快，如果運放的帶寬不足，則可能找不到壓電陶瓷片的最佳諧振點。本電路選用帶寬為2．8 MHz的MCP602。

 

　　2 軟體設計

 

　　本潔牙機的硬體設計稍顯複雜，軟體設計相對簡單。軟體總流程圖如圖4所示，壓電陶瓷片諧振點掃描搜索子程序流程如圖5所示。

 

　　

　　

 

　　3 抗幹擾設計

 

　　沽牙機自身有電磁閥、腳踩開關、高頻變壓器等器件會產生較強的幹擾。另外，本機還配套用於牙科治療臺，該治療臺有好幾臺功率較強的電機在工作，會對潔牙機造成嚴重的電磁幹擾。當幹擾信號來臨時，可能出現死機，程序亂飛，破壞系統參數等不正常現象，故而在硬體和軟體上都相應採取一些抗幹擾措施。

　　3.1 硬體抗幹擾

　　在潔牙機的電源輸入端接入電源濾波器，濾除電網中的高次諧波和脈衝幹擾。單片機選型時選擇帶硬體看門狗的型號，或者外加看門狗電路，可以有效地監視程序是否陷入死循環故障。在每個晶片的電源輸入端與共地端並接一個O．1 μF去耦電容，對腳開關送來的信號進行光隔離。以上措施都是行之有效的。

　　3.2 軟體抗幹擾

　　第一，軟體冗餘。對任意的輸出信號和設置均不斷重複刷新，且周期設定在5 ms。對A／D轉換採用轉換8次求平均法，以得到儘量準確的信號。

　　第二，軟體陷阱。軟體陷阱技術是通過跳轉指令強行將捕獲到的亂飛程序引入復位地址0000H，使程序納入正軌。在各控制模塊之間和未使用的程序空間設置軟體陷阱可以有效地抑制程序亂飛，使程序運行更加可靠。

　　結 語

　　該智能超聲波潔牙機已批量生產。實測表明，該機諧振點掃描搜索準確，在工作環境溫度0～60℃，壓電陶瓷片諧振範圍在25～35 kHz的情況下，諧振點漂移小於10 Hz。實踐證明，該電路性能穩定可靠，故障率極低。如對該電路稍加改進，便可應用於更廣泛的超聲清潔領域，該電路具有明顯的推廣應用價值。