Applicazione del microcomputer a chip singolo nel trasduttore ceramico piezoelettrico

La ceramica piezoelettrica può produrre effetti elettrostrittivi sotto l'azione del campo elettrico alternato. I trasduttori ultrasonici in ceramica piezoelettrica possono generare vibrazioni sotto l'azione del campo elettrico alternato e possono generare forti onde ultrasoniche durante la risonanza. Poiché le ceramiche piezoelettriche sono dispositivi capacitivi nei circuiti di alimentazione del trasduttore ultrasonico ceramico piezoelettrico, gli induttori e le ceramiche piezoelettriche vengono spesso utilizzati per formare un circuito risonante LC. Per tali circuiti di alimentazione risonanti LC, la frequenza di risonanza appartiene ai circuiti piezoelettrici. Vengono determinati il ​​valore di capacità equivalente della ceramica, il valore di induttanza, il fattore di amplificazione del transistor, il punto di funzionamento del circuito amplificatore, il coefficiente di retroazione e la temperatura operativa. Poiché il trasduttore ceramico piezoelettrico con una frequenza di risonanza nominale di 28 kHz ha un'ampia dispersione, la sua frequenza di risonanza è generalmente compresa tra 26 e 32 kHz e la metà larghezza della formante è generalmente inferiore a 200 Hz. Pertanto, il circuito risonante LC viene utilizzato come onda ultrasonica ceramica piezoelettrica. Ci sono i seguenti problemi in Anello del trasduttore piezoelettrico : innanzitutto la regolazione del circuito è difficile. 

È necessario regolare una pluralità di parametri per far funzionare il trasduttore nel punto di risonanza, come la regolazione del punto di lavoro e del coefficiente di feedback. In secondo luogo, le caratteristiche dei componenti sono elevate, come il transistor. L'ingrandimento deve essere schermato e l'induttanza corrispondente dell'errore del valore non dovrebbe essere troppo grande; il terzo è che il funzionamento è instabile, il cambiamento della temperatura ambiente farà deviare la frequenza di risonanza dal punto di risonanza e l'usura del trasduttore farà cambiare la sua massa, in modo che la frequenza di risonanza cambi; Questi problemi portano a complicati processi di produzione di trasduttori ultrasonici in ceramica piezoelettrica, che non favoriscono la produzione di massa. L'uso della tecnologia di controllo a chip singolo può risolvere questi problemi molto facilmente. Il microcontrollore PIC16C712, la tecnologia PWM e la tecnologia di conversione di frequenza vengono utilizzati per progettare il circuito di alimentazione del trasduttore ultrasonico ceramico piezoelettrico. Lo schema funziona bene nella produzione reale.

PIC16C712 è un microcomputer single-chip ad alte prestazioni a 8 bit prodotto dalla società MICROCHIP negli Stati Uniti. Funziona veloce. Quando la frequenza di oscillazione è 20 MHz, un ciclo macchina è di 200 ns. Sul chip sono presenti quattro convertitori A/D a 8 bit, un ingresso di acquisizione/uscita di confronto/uscita modulata in larghezza di impulso PWM (ovvero modulo CCP). che mostra il circuito di alimentazione del trasduttore ultrasonico ad anello ceramico piezoelettrico controllato dal microcomputer a chip singolo. Il modulo CCP del microcomputer a chip singolo PIC16C712 è impostato sulla modalità di uscita PWM. Come sorgente del segnale di oscillazione del trasduttore, il segnale di uscita passa attraverso la valvola di potenza Darlington TIP122. L'uscita T1 del trasformatore ad alta frequenza e la tensione ad alta frequenza vengono caricate sul trasduttore ultrasonico ceramico piezoelettrico, in modo che il trasduttore produca oscillazione, se la frequenza di uscita del segnale PWM è la frequenza di risonanza del trasduttore ultrasonico ceramico piezoelettrico, la corrente primaria del trasformatore di frequenza è la più grande. La resistenza del resistore di retroazione di campionamento Rf è 0,05 ohm e la corrente che scorre attraverso il primario del trasformatore ad alta frequenza T1 viene convertita in un segnale di tensione (la corrente operativa della bobina primaria del trasformatore ad alta frequenza è compresa tra 0,5 A e 2,0 A e viene eseguita l'operazione differenziale. L'amplificatore IC2 è amplificato e la tensione filtrata è compresa tra 0,75 V e 3,0 V. 

Questo segnale viene utilizzato come segnale di feedback VR ed è immesso dal pin RA2 del PIC16C712 (questo pin è l'ingresso analogico AN2). Ciò costituisce un sistema di controllo ad anello chiuso. Quando il modulo CCP del PIC16C712 funziona in modalità PWM, il PIC16C712 dispone di quattro registri di funzioni speciali TMR2, PR2, CCPR1L e CCP1CON per controllare il periodo e l'ampiezza dell'impulso dell'impulso di uscita PWM. Il periodo del segnale di impulso in uscita PWM è determinato dalla seguente formula: Periodo del segnale PWM = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (frequenza predivisa TMR2). Tra questi, 4×TOSC=200ns, la frequenza predivisa TMR2 può essere impostata su 1:1. Modificando il valore del registro PR2, è possibile modificare il periodo di oscillazione del segnale di uscita PWM e cambierà anche la frequenza del segnale. Trasduttore ultrasonico in ceramica piezoelettrico con frequenza di risonanza nominale di 28 KHz, a causa della discrezione dei componenti, la sua frequenza di risonanza è distribuita nell'intervallo da 26 KHz a 32 KHz. Per consentire alla frequenza del segnale PWM di bloccare la frequenza di risonanza del materiale ceramico piezoelettrico , è possibile utilizzare quanto segue. Un metodo di scansione della frequenza per determinare il punto di frequenza di risonanza.