超声洁牙机中压电陶瓷驱动系统的研究与实现

摘要

超声洁牙机是利用压电陶瓷的压电效应,把高频率的振荡电能信号,通过换能器转换成机械振动。压电陶瓷驱动系统作为洁牙机的一个重要组成部分,对洁牙机的性能有着举足轻重的作用。如果驱动器设计不合理,会使洁牙机工作不稳定,甚至对病人造成伤害。而压电陶瓷的品质因数高,谐振频带一般在100Hz以下,采用手工的方法很难找准压电陶瓷的谐振点。同时,在工作的过程中,随着温度的升高,换能器的工作点也会发生漂移,使洁牙机驱动电源振荡不稳定、不能长时间工作。　　为解决这些技术问题,本论文通过单片机控制输出步进的模拟电压,利用电压来控制振荡频率步进变化,压控振荡器选用脉宽调制单片发生模块TL494。根据压电陶瓷的谐振特性可知,在谐振点的阻抗最小,振荡强度最大,因此可以通过检测反馈电流的大小,来搜索压电陶瓷的谐振频率,搜索完成后便把频率进行数字锁定,使驱动器在稳定的频率下进行工作。同时在工作点发生漂移后,对工作频率进行有效的调节,使系统一直处于最佳工作状态,并且能长时间工作。　　本设计在硬件上主要分为主板与控制板两部分。主板方面,本文在单片机STC89C52RC和TL494配合下设计了包括谐振点扫描模块、振荡电路模块、功率放大模块、频率测量模块、PWM调节模块等。控制板方面,以STM32为控制核心,采用四线电阻式触摸屏以及TFT液晶屏,给用户提供一个操作界面,并且采用串口与主板通信的方式,实现了控制板通过向主板发送命令来控制主板的工作。　　通过实验测试表明,本设计自动扫描搜索到的频率处于谐振频带,误差比一般的洁牙机驱动系统小,并且能长时间连续工作,具有一定的实用参考价值。

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第一章 引言

§1.1 课题的研究背景

§1.2 超声洁牙机原理

§1.3 本课题研究的主要内容

§1.4 论文结构安排

第二章 压电陶瓷特性

§2.1 压电陶瓷简介

§2.2 压电效应

§2.3 压电陶瓷谐振特性

§2.4 调谐匹配电路分析

§2.5压电陶瓷换能器

§2.6 本章小结

第三章 系统总体设计

§3.1 系统的总体结构

§3.2 主板

§3.3 控制板

§3.4 本章小结

第四章 主板硬件设计

§4.1主板模块及PCB结构

§4.2 电源模块

§4.3 单片机最小系统设计

§4.4 TL494工作原理

§4.5 谐振点扫描模块设计

§4.6 频率测量电路

§4.7 工作点漂移处理

§4.8 TL494工作控制及报警电路

§4.9 本章小结

第五章 控制板硬件设计

§5.1 STM32最小系统设计

§5.2 触摸屏接口的设计

§5.3 TFT液晶屏

§5.4 本章小结

第六章 系统软件设计

§6.1 主板软件设计

§6.2 控制板软件设计

§6.3 本章小结

第七章 系统测试

§7.1 振荡频率的控制测试

§7.2 谐振点扫描测试

§7.3 控制板人机界面

第八章 总结与展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士期间的主要研究成果