Yksisiruisen mikrotietokoneen käyttö pietsosähköisessä keraamisessa muuntimessa

Pietsosähköinen keramiikka voi tuottaa sähköstriktiivisiä vaikutuksia vaihtelevan sähkökentän vaikutuksesta. Pietsosähköiset keraamiset ultraäänimuuntimet voivat tuottaa värähtelyä vaihtuvan sähkökentän vaikutuksesta ja voivat tuottaa voimakkaita ultraääniaaltoja resonanssin aikana. Koska pietsosähköinen keramiikka ovat kapasitiivisia laitteita pietsosähköisten keraamisten ultraääniantureiden syöttöpiireissä, induktoreita ja pietsosähköistä keramiikkaa käytetään usein muodostamaan LC-resonanssipiiri. Tällaisissa LC-resonanssisyöttöpiireissä resonanssitaajuus kuuluu pietsosähköisille piireille. Keramiikan ekvivalenttinen kapasitanssiarvo, induktanssiarvo, transistorin vahvistuskerroin, vahvistinpiirin toimintapiste, takaisinkytkentäkerroin ja käyttölämpötila määritetään. Koska pietsosähköisellä keraamisella muuntimella, jonka nimellisresonanssitaajuus on 28 kHz, on suuri dispersio, on sen resonanssitaajuus yleensä välillä 26-32 kHz ja formantin puolileveys on yleensä alle 200 Hz. Siksi LC-resonanssipiiriä käytetään pietsosähköisenä keraamisena ultraääniaallona. Siinä on seuraavat ongelmat pietsosähköinen anturin rengas : Ensinnäkin piirin säätö on vaikeaa. 

On tarpeen säätää useita parametreja, jotta anturi toimisi resonanssipisteessä, kuten työpisteen ja takaisinkytkentäkertoimen säätäminen. Toiseksi komponenttien ominaisuudet ovat korkeat, kuten transistorin. Suurennus on seulottava, eikä arvovirheen sovitusinduktanssi saa olla liian suuri; kolmas on, että toiminta on epävakaa, ympäristön lämpötilan muutos aiheuttaa resonanssitaajuuden poikkeamisen resonanssipisteestä ja anturin kuluminen saa sen massan muuttumaan, jolloin resonanssitaajuus muuttuu; Nämä ongelmat johtavat pietsosähköisten keraamisten ultraääniantureiden monimutkaisiin tuotantoprosesseihin, jotka eivät edistä massatuotantoa. Yksisiruisen ohjaustekniikan käyttö voi ratkaista nämä ongelmat erittäin helposti. Pietsosähköisen keraamisen ultraäänianturien syöttöpiirin suunnittelussa käytetään PIC16C712-mikrokontrolleria, PWM-tekniikkaa ja taajuusmuunnostekniikkaa. Järjestelmä toimii hyvin varsinaisessa tuotannossa.

PIC16C712 on 8-bittinen korkean suorituskyvyn yksisiruinen mikrotietokone, jonka on valmistanut MICROCHIP-yhtiö Yhdysvalloissa. Se kulkee nopeasti. Kun värähtelytaajuus on 20 MHz, yksi konejakso on 200 ns. Sirussa on neljä 8-bittistä A/D-muunninta, yksi sieppaustulo/vertailulähtö/PWM-pulssinleveysmoduloitu lähtö (eli CCP-moduuli). joka näyttää syöttöpiirin Pietsokeraaminen rengas ultraäänianturi, jota ohjaa yksisiruinen mikrotietokone. Yksisiruisen PIC16C712-mikrotietokoneen CCP-moduuli on asetettu PWM-lähtötilaan. Anturin värähtelysignaalilähteenä lähtösignaali kulkee TIP122 Darlington -virtaputken kautta. suurtaajuisen muuntajan T1 lähtö ja suurtaajuusjännite kuormitetaan pietsosähköiseen keraamiseen ultraäänianturiin niin, että muunnin tuottaa värähtelyä, jos PWM-signaalin lähtötaajuus on pietsosähköisen keraamisen ultraäänimuuntimen resonanssitaajuus, niin taajuusmuuntajan ensisijainen virta on suurin. Näytteenottovastuksen Rf resistanssi on 0,05 ohmia ja suurtaajuusmuuntajan T1 ensiön läpi kulkeva virta muunnetaan jännitesignaaliksi (ensiokäämi on suurtaajuisen muuntajan käyttövirta 0,5A - 2,0A ja differentiaalitoiminta suoritetaan. Vahvistimen vahvistimen jännitealue on 2 0,75 V - 3,0 V. 

Tätä signaalia käytetään takaisinkytkentäsignaalina VR ja se syötetään PIC16C712:n RA2-nastasta (tämä nasta on analoginen AN2-tulo). Tämä muodostaa suljetun silmukan ohjausjärjestelmän. Kun PIC16C712:n CCP-moduuli toimii PWM-tilassa, PIC16C712:ssa on neljä erikoistoimintorekisteriä TMR2, PR2, CCPR1L ja CCP1CON ohjaamaan PWM-lähtöpulssin jaksoa ja pulssin leveyttä. PWM-lähtöpulssisignaalin jakso määritetään seuraavalla kaavalla: PWM-signaalin jakso = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (TMR2:n esijaettu taajuus). Niiden joukossa 4×TOSC=200ns, TMR2:n esijaettu taajuus voidaan asettaa arvoon 1:1. PR2-rekisterin arvoa muuttamalla PWM-lähtösignaalin värähtelyjaksoa voidaan muuttaa ja myös signaalin taajuus muuttuu.Pietsosähköinen keraaminen ultraäänianturi, jonka nimellisresonanssitaajuus on 28KHz, komponenttien diskreetisyyden vuoksi sen resonanssitaajuus jakautuu 26KHz - 32KHz. Jotta PWM-signaalin taajuus lukittuisi resonanssitaajuudella pietsokeraaminen materiaali , seuraavaa voidaan käyttää. Taajuuspyyhkäisymenetelmä resonanssitaajuuspisteen määrittämiseksi.