Aplikace jednočipového mikropočítače v piezoelektrickém keramickém měniči

Piezoelektrická keramika může vyvolat elektrostrikční účinky působením střídavého elektrického pole. Piezoelektrické keramické ultrazvukové měniče mohou generovat vibrace působením střídavého elektrického pole a mohou generovat silné ultrazvukové vlny během rezonance. Protože piezoelektrická keramika jsou kapacitní zařízení v napájecích obvodech piezoelektrického keramického ultrazvukového měniče, k vytvoření LC rezonančního obvodu se často používají induktory a piezoelektrická keramika. U takových LC rezonančních napájecích obvodů náleží rezonanční frekvence piezoelektrickým obvodům. Stanoví se hodnota ekvivalentní kapacity keramiky, hodnota indukčnosti, faktor zesílení tranzistoru, pracovní bod zesilovacího obvodu, koeficient zpětné vazby a provozní teplota. Protože piezoelektrický keramický měnič s nominální rezonanční frekvencí 28 kHz má velký rozptyl, je jeho rezonanční frekvence obecně v rozsahu 26-32 kHz a poloviční šířka formantu je obecně menší než 200 Hz. Proto se jako piezoelektrická keramická ultrazvuková vlna používá LC rezonanční obvod. Existují následující problémy v piezoelektrický prstenec měniče : Za prvé, nastavení obvodu je obtížné. 

Je nutné nastavit množství parametrů, aby měnič pracoval v rezonančním bodě, jako je nastavení pracovního bodu a koeficientu zpětné vazby. Za druhé, vlastnosti součástek jsou vysoké, jako je tranzistor. Zvětšení je třeba zastínit a odpovídající indukčnost hodnoty chyby by neměla být příliš velká; třetí je, že provoz je nestabilní, změna okolní teploty způsobí odchylku rezonanční frekvence od rezonančního bodu a opotřebení měniče způsobí změnu jeho hmotnosti, takže se změní rezonanční frekvence; Tyto problémy vedou ke komplikovaným výrobním procesům piezoelektrických keramických ultrazvukových měničů, které nejsou vhodné pro sériovou výrobu. Použití technologie jednočipového řízení může tyto problémy velmi snadno vyřešit. Mikrokontrolér PIC16C712, technologie PWM a technologie frekvenční konverze se používají k návrhu napájecího obvodu piezoelektrického keramického ultrazvukového měniče. Schéma funguje dobře ve skutečné výrobě.

PIC16C712 je 8bitový vysoce výkonný jednočipový mikropočítač vyrobený společností MICROCHIP ve Spojených státech. Běží to rychle. Když je kmitočet oscilací 20 MHz, jeden strojní cyklus je 200 ns. Na čipu jsou čtyři 8bitové A/D převodníky, jeden snímací vstup/porovnávací výstup/PWM pulzně šířkově modulovaný výstup (tj. modul CCP). který ukazuje napájecí okruh piezokeramický prstencový ultrazvukový měnič řízený jednočipovým mikropočítačem. Modul CCP jednočipového mikropočítače PIC16C712 je nastaven na výstupní režim PWM. Jako zdroj oscilačního signálu převodníku prochází výstupní signál přes výkonovou elektronku TIP122 Darlington. výstup a vysokofrekvenční napětí vysokofrekvenčního transformátoru T1 je zatíženo piezoelektrickým keramickým ultrazvukovým měničem, takže měnič produkuje oscilace, pokud je výstupní frekvence PWM signálu rezonanční frekvence piezoelektrického keramického ultrazvukového měniče, pak je primární proud frekvenčního transformátoru největší. Odpor vzorkovacího zpětnovazebního rezistoru Rf je 0,05 ohm a proud protékající primárem vysokofrekvenčního transformátoru T1 se převádí na napěťový signál (primární cívkou je provozní proud vysokofrekvenčního transformátoru 0,5A až 2,0A a provádí se operace. Zesilovač IC2 je zesílen v rozsahu 30,0,0,0 V a je filtrováno rozdílové napětí 

Tento signál se používá jako zpětnovazební signál VR a je na vstupu pin RA2 na PIC16C712 (tento pin je analogový vstup AN2). To představuje řídicí systém s uzavřenou smyčkou. Když modul CCP modulu PIC16C712 pracuje v režimu PWM, PIC16C712 má čtyři speciální funkční registry TMR2, PR2, CCPR1L a CCP1CON pro řízení periody a šířky pulzu výstupního pulzu PWM. Perioda výstupního pulzního signálu PWM je určena následujícím vzorcem: Perioda signálu PWM = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (frekvence předdělená TMR2). Mezi nimi 4×TOSC=200ns, předdělená frekvence TMR2 může být nastavena na 1:1. Změnou hodnoty registru PR2 lze změnit periodu kmitání výstupního signálu PWM a změní se i frekvence signálu. Piezoelektrický keramický ultrazvukový měnič s nominální rezonanční frekvencí 28KHz, vzhledem k diskrétnosti součástek, je jeho rezonanční frekvence distribuována v rozsahu 26KHz až 32KHz. Aby frekvence signálu PWM zablokovala rezonanční frekvenci piezo keramický materiál , lze použít následující. Metoda frekvenčního rozmítání k určení bodu rezonanční frekvence.