Toepassing van een microcomputer met één chip in de piëzo-elektrische keramische transducer

Piëzo-elektrische keramiek kan elektrostrictieve effecten produceren onder invloed van een elektrisch wisselveld. Piëzo-elektrische keramische ultrasone transducers kunnen trillingen genereren onder invloed van een wisselend elektrisch veld, en kunnen tijdens resonantie sterke ultrasone golven genereren. Omdat piëzo-elektrische keramiek capacitieve apparaten zijn in de voedingscircuits van piëzo-elektrische keramische ultrasone transducers, worden inductoren en piëzo-elektrische keramiek vaak gebruikt om een ​​LC-resonantiecircuit te vormen. Voor dergelijke LC-resonante voedingscircuits behoort de resonantiefrequentie tot piëzo-elektrische circuits. De equivalente capaciteitswaarde van het keramiek, de inductiewaarde, de versterkingsfactor van de transistor, het werkpunt van het versterkercircuit, de feedbackcoëfficiënt en de bedrijfstemperatuur worden bepaald. Omdat de piëzo-elektrische keramische transducer met een nominale resonantiefrequentie van 28 kHz een grote spreiding heeft, ligt de resonantiefrequentie doorgaans in het bereik van 26-32 kHz, en is de halve breedte van de formant in het algemeen minder dan 200 Hz. Daarom wordt het LC-resonantiecircuit gebruikt als de piëzo-elektrische keramische ultrasone golf. Er zijn de volgende problemen in de piëzo-elektrische transducerring : Ten eerste is de circuitaanpassing moeilijk. 

Het is noodzakelijk om een ​​aantal parameters aan te passen om de transducer op het resonantiepunt te laten werken, zoals het aanpassen van het werkpunt en de feedbackcoëfficiënt. Ten tweede zijn de componentkarakteristieken hoog, zoals de transistor. De vergroting moet worden afgeschermd en de matching-inductantie van de waardefout mag niet te groot zijn; de derde is dat de werking onstabiel is, de verandering van de omgevingstemperatuur ervoor zorgt dat de resonantiefrequentie afwijkt van het resonantiepunt, en dat de slijtage van de transducer ervoor zorgt dat de massa verandert, zodat de resonantiefrequentie verandert; deze problemen leiden tot ingewikkelde productieprocessen van piëzo-elektrische keramische ultrasone transducers, die niet bevorderlijk zijn voor massaproductie. Het gebruik van single-chip-besturingstechnologie kan deze problemen heel eenvoudig oplossen. De PIC16C712-microcontroller, PWM-technologie en frequentieconversietechnologie worden gebruikt om het piëzo-elektrische keramische ultrasone transducervoedingscircuit te ontwerpen. Het schema werkt goed in de daadwerkelijke productie.

PIC16C712 is een 8-bit krachtige microcomputer met één chip, geproduceerd door het bedrijf MICROCHIP in de Verenigde Staten. Het loopt snel. Wanneer de oscillatiefrequentie 20 MHz bedraagt, bedraagt ​​één machinecyclus 200 ns. Er zijn vier 8-bits A/D-converters op de chip, één capture-ingang/vergelijkingsuitgang/PWM-pulsbreedtegemoduleerde uitgang (dwz CCP-module). die het voedingscircuit van de toont ultrasone transducer met piëzo-keramische ring , bestuurd door de microcomputer met één chip. De CCP-module van de PIC16C712-microcomputer met één chip is ingesteld op de PWM-uitvoermodus. Als oscillatiesignaalbron van de transducer passeert het uitgangssignaal de TIP122 Darlington eindbuis. Hoogfrequente transformator T1-uitgang en hoogfrequente spanning worden op de piëzo-elektrische keramische ultrasone transducer geladen, zodat de transducer oscillatie produceert. Als de uitgangsfrequentie van het PWM-signaal de resonantiefrequentie van de piëzo-elektrische keramische ultrasone transducer is, dan is de primaire stroom van de frequentietransformator is de grootste. De weerstand van de bemonsteringsfeedbackweerstand Rf is 0,05 ohm, en de stroom die door de primaire spoel van de hoogfrequente transformator T1 vloeit, wordt omgezet in een spanningssignaal (de primaire spoel is een bedrijfsstroom van de hoogfrequente transformator van 0,5 A tot 2,0 A, en de differentiële werking wordt uitgevoerd. De versterker IC2 wordt versterkt en de gefilterde spanning ligt in het bereik van 0,75 V tot 3,0 V. 

Dit signaal wordt gebruikt als het feedbacksignaal VR en wordt ingevoerd via de RA2-pin van de PIC16C712 (deze pin is de analoge AN2-ingang). Dit vormt een close-loop-regelsysteem. Wanneer de CCP-module van de PIC16C712 in PWM-modus werkt, heeft de PIC16C712 vier speciale functieregisters TMR2, PR2, CCPR1L en CCP1CON om de periode en pulsbreedte van de PWM-uitgangspuls te regelen. De periode van het PWM-uitgangspulssignaal wordt bepaald door de volgende formule: PWM-signaalperiode = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (TMR2 vooraf verdeelde frequentie). Daaronder kan 4×TOSC=200ns, TMR2 vooraf verdeelde frequentie worden ingesteld op 1:1. Door de waarde van het PR2-register te wijzigen, kan de oscillatieperiode van het PWM-uitgangssignaal worden gewijzigd en zal de signaalfrequentie ook veranderen. Piëzo-elektrische keramische ultrasone transducer met een nominale resonantiefrequentie van 28 kHz. Vanwege de discretie van de componenten wordt de resonantiefrequentie verdeeld in het bereik van 26 kHz tot 32 kHz. Om ervoor te zorgen dat de frequentie van het PWM-signaal de resonantiefrequentie van de piëzo-keramisch materiaal , het volgende kan worden gebruikt. Een methode van frequentiezwaai om het resonantiefrequentiepunt te bepalen.