CN108692410B - 一种超声波加湿器振片高效振动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波加湿器振片高效振动装置及方法，该装置包括MCU处理器模块、共振片触发电路、振片与风扇电路、反馈采样电路、LED显示模块和按键输入模块；所述的按键输入模块、MCU处理器模块、共振片触发电路、振片风扇电路依次连接；所述的反馈采样电路的一端连接振片与风扇电路，另一端连接MCU处理模块；所述的MCU处理模块与LED显示模块连接，所述的MCU处理器模块从基础频率和计数频率两个方面对传输至共振片触发电路的PWM波形进行实时调节。与现有技术相比，本发明具有简单方便和高效雾化等优点。

Description

一种超声波加湿器振片高效振动装置及方法

技术领域

本发明涉及超声波加湿器领域，尤其是涉及一种超声波加湿器振片高效振动装置及方法。

背景技术

通过超声波雾化原理实现的加湿器，其核心在于利用压电陶瓷固有的超声波振荡的特点，通过构建振荡电路与压电陶瓷固有的频率实现共振，从而实现将压电陶瓷片表面的液体雾化成um级大小的微小颗粒。但由于压电陶瓷片生产工艺条件的限制，并不能实现所有压电陶瓷片保持同一共振频率，同时在日常使用中，陶瓷片也会受温度，电压等原因共振频率点会有偏移。因而实现雾化作用需要配合的振动电路需要不断调整。

目前市场上流行的超声波加湿器，共振电路的实现方式通常有两种，一种为通过搭建电阻电容的RC振荡电路，配合压电陶瓷片实现共振，完成液体雾化。此种技术的弊端在于，需要在出厂时调节电阻，改变RC振荡电路的频率来最大化雾化效率，在生产过程中需要投入大量等人力，生产效率受限，生产成本高。另一种技术，是通过MCU定时器中断实现PWM波输出，定时器调节的弊端在于通过时钟计数来实现IO口翻转，从而导致了PWM精度调节低。只能在某几个频率点上做变动。

针对现有技术的两种方案的分析，目前主要的问题在于，直接是使用调节RC振荡的方式，可调范围线性且广泛，但是生产成本高。而直接使用现有MCU的定时器中断输出PWM功能实现实时追频，可调精度低，雾化效率不高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超声波加湿器振片高效振动装置及方法，既能高精度调节PWM波输出，又能实时跟踪压电陶瓷片状态调节PWM波，实现在生产环节简单方便，在使用环节又能高效雾化。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超声波加湿器振片高效振动装置，该装置包括MCU处理器模块、共振片触发电路、振片与风扇电路、反馈采样电路、LED显示模块和按键输入模块；

所述的按键输入模块、MCU处理器模块、共振片触发电路、振片风扇电路依次连接；所述的反馈采样电路的一端连接振片与风扇电路，另一端连接MCU处理模块；所述的MCU处理模块与LED显示模块连接，所述的MCU处理器模块从基础频率和计数频率两个方面对传输至共振片触发电路的PWM波形进行实时调节。

优选地，所述的共振片触发电路包括触发电路、滤波电路和放大回馈电路，所述的MCU处理模块依次与触发电路、滤波电路和放大回馈电路连接，所述的放大回馈电路与振片与风扇电路连接。

优选地，所述的MCU处理器模块包括主处理器、数模转化电路、非易失性存储器、PPG发生器、接口电路和动态存储器；所述的主处理器分别与数模转换电路、非易失性存储器、PPG发生器、接口电路、动态存储器连接，所述的主处理器通过PPG发生器与共振片触发电路连接，所述的主处理器通过接口电路分别与按键输入模块、LED显示模块和振片与风扇电路的风扇连接，所述的主处理器通过数模转换电路与反馈采样电路连接。

优选地，所述的主处理器包括IHRC时钟、八位预分频计数器和IHRCTD寄存器，所述的八位预分频计数器分别与IHRC时钟、IHRCTD寄存器和PPG发生器连接；

所述的主处理器通过程序配置IHRCTD寄存器调节内部高频IHRC时钟产生的主时钟，调节后输出的时钟经过八位预分频计数器传输至PPG发生器，作为基频。

优选地，所述的主处理器完成整个装置的系统控制，包括识别按键输入模块的输入信号、控制LED显示模块，控制PPG发生器按照设定的算法进行输出；

所述的非易失性存储器保存系统启动代码及配置信息，所述的动态存储器作为主处理器的内存单元，所述的接口电路完成主处理器与外部模块的型号传输，所述的PPG发生器通过来自时钟的时间单位计数实现PWM输出，所述的数模转化电路通过读取外部模拟信号输入转化为数字信号。

优选地，所述的MCU处理器模块为用于处理主控与计算的MCU处理器模块；

所述的共振片触发电路为用于放大PWM波形和触发共振片的共振片触发电路，所述的振片与风扇电路为用于雾化液体以及吹出的振片与风扇电路；所述的反馈采样电路用于检测共振片工作状态的反馈采样电路；所述的ED显示模块为用于显示当前工作的LED显示模块；所述的按键输入模块为用于用户输入的按键输入模块。

一种所述的超声波加湿器振片高效振动装置的方法，包括以下步骤：

步骤1.按键输入模块收到启动信号，装置启动，MCU处理器模块启动PPG发生器，开始输出PWM波形，第一次启动为默认输出1.7M至共振片触发电路，通过触发电路、滤波电路和放大回馈电路三级作用，最终输出一个稳定的触发波形，引起共振片开始逐渐增加振幅，振动频率逐渐于触发信号保持一致；

步骤2.液体受到共振片的作用逐渐有雾化效果，反馈采样电路接入开始捕获共振片工作状态，反馈给主处理器接受到反馈信号，根据PPG发生器与IHRCTD寄存器修调输出的PWM波形，共振片接收到新频率的PWM波，振动频率重新接近于新的触发信号，反馈采样电路继续捕获共振片工作状态，反馈给主处理器，再实现更加细化的微调，直至共振片振动效率达到最优，液体雾化效率最高；

步骤3.整个雾化状态完成，MCU处理器模块将相应的效果实现通过LED显示模块显示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明既能高精度调节PWM波输出，又能实时跟踪压电陶瓷片状态调节PWM波。

2、本发明在生产环节简单方便。

3、本发明在使用环节能高效雾化。

附图说明

图1为现有的PPG模块的功能框图。

图2为本发明的装置结构示意图。

图3为本发明的装置内部原理连接示意图。

图4为本发明的PGG发生器的工作原理图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图2和图3所示，一种超声波加湿器振片高效振动装置，其特征在于，该装置包括MCU处理器模块20、共振片触发电路21、振片与风扇电路23、反馈采样电路22、LED显示模块25和按键输入模块24；

所述的按键输入模块24、MCU处理器模块20、共振片触发电路21、振片风扇电路23依次连接；所述的反馈采样电路22的一端连接振片与风扇电路23，另一端连接MCU处理模块20；所述的MCU处理模块20与LED显示模块25连接，所述的MCU处理器模块20从基础频率和计数频率两个方面对传输至共振片触发电路21的PWM波形进行实时调节。

所述的共振片触发电路21包括触发电路211、滤波电路212和放大回馈电路213，所述的MCU处理模块20依次与触发电路211、滤波电路212和放大回馈电路213连接，所述的放大回馈电路213与振片与风扇电路23连接。

所述的MCU处理器模块20包括主处理器201、数模转化电路207、非易失性存储器203、PPG发生器206、接口电路202和动态存储器204；所述的主处理器201分别与数模转换电路207、非易失性存储器203、PPG发生器206、接口电路202、动态存储器204连接，所述的主处理器201通过PPG发生器206与共振片触发电路21连接，所述的主处理器201通过接口电路202分别与按键输入模块24、LED显示模块25和振片与风扇电路23的风扇连接，所述的主处理器201通过数模转换电路207与反馈采样电路22连接。

所述的主处理器201包括IHRC时钟、八位预分频计数器和IHRCTD寄存器，所述的八位预分频计数器分别与IHRC时钟、IHRCTD寄存器和PPG发生器206连接；

所述的主处理器201通过程序配置IHRCTD寄存器调节内部高频IHRC时钟产生的主时钟，调节后输出的时钟经过八位预分频计数器传输至PPG发生器206，作为基频。

所述的主处理器201完成整个装置的系统控制，包括识别按键输入模块24的输入信号、控制LED显示模块25，控制PPG发生器206按照设定的算法进行输出；

所述的非易失性存储器203保存系统启动代码及配置信息，所述的动态存储器204作为主处理器201的内存单元，所述的接口电路202完成主处理器201与外部模块的型号传输，所述的PPG发生器206通过来自时钟的时间单位计数实现PWM输出，所述的数模转化电路207通过读取外部模拟信号输入转化为数字信号。

所述的MCU处理器模块20为用于处理主控与计算的MCU处理器模块；

所述的共振片触发电路21为用于放大PWM波形和触发共振片的共振片触发电路，所述的振片与风扇电路23为用于雾化液体以及吹出的振片与风扇电路；所述的反馈采样电路22用于检测共振片工作状态的反馈采样电路；所述的ED显示模块25为用于显示当前工作的LED显示模块；所述的按键输入模块24为用于用户输入的按键输入模块。

如图4所示，采用本发明实体装置运作流程，如图4所示，具体步骤如下：

S1.按键模块收到启动信号，系统装置启动，主处理器模块启动PPG发生器，开始输出PWM波形，第一次启动为默认输出1.7M共振片触发电路，通过触发电路、滤波电路、放大电路三级作用，最终输出一个稳定的触发波形，引起共振片开始逐渐增加振幅，振动频率逐渐于触发信号保持一致。

S2.液体受到共振片的作用逐渐有雾化效果，反馈采样电路接入开始捕获共振片工作状态，反馈给主处理器接受到反馈信号，根据算法PPG模块与IHRCTD寄存器修调输出的PWM波形，共振片接收到新频率的PWM波，振动频率重新接近于新的触发信号，反馈电路继续捕获共振片工作状态，反馈给主处理器，再实现更加细化的微调，直至共振片振动效率达到最优，液体雾化效率最高。

S3.整个雾化状态完成，主处理模块将相应的效果实现通过LED显示模块显示。

基于MCU处理器的可编程脉冲发生器(PPG)模块的，输出一个压电陶瓷共振的推荐频率，例如某种常用的压电陶瓷片的共振频率在1.7MHz附近，即在1.7MHz附近的一个频率点共振片振动幅度最大，振动效率最高。我们通过配置MCU的PPG模块实现输出1.68MHz的PWM波型。PPG模块的功能框图如图1所示：

IHRCCLK为32Mhz的出厂校准的内置高频RC振荡，8位预分频计数器需配置为1分频，12位计数器需要配置为计数19次，占空比配置为9即可。

典型配置代码为

IOMUXC2＝0x0F；

PPGOMD＝0x0F；

PPGPH＝0；

PPGPL＝18；//19

C0DH＝0；

C0DL＝9；

按照以上配置，再配置相关IO即可在MCU的IO上输出32MHz/19＝1.684MHz的方波，此频率的方波输出为一个基础输出频率。本专利的核心技术在与在此输出频率上进行微调，如何进行微调，需要使用Rainbow MCU针对IHRC的一个校准寄存器，通过此寄存器可以调节原本是在出厂时校准过的IHRC的频率(32MHz)，从而实现输出频率的微调。

如果IHRC增加0.2MHz的频率，则：32.2MHz/19＝1.694MHz，与原来1.684MHz相比，仅仅增加了0.01M(10K)，从而实现了10K级别的PWM波微调的输出，此种IHRC的微调技术大大提升了PMW波输出的频率精度，通过IHRC的频率改变与PPG模块的分频实现了小步进的PWM波频率。

仅采用定时器的方式，对MCU主频有着较高的限制，如采用16M主频，单个周期时间为0.0625uS,以此时钟周期计数，而1.7MHz的周期时间为0.588uS，由于需要输出方波则，每半个周期需要进入定时器中断翻转一次IO，而因此定时器时间只能为0.588/2＝0.294uS，则对应计数个数为0.294/0.0625～5.对应定时器可以实现的频率输出为：

编号	频率(MHz)
		1	1.6
2	1.778
		3	2

实际得到的条件范围有限，仅可以实现1.7MHz附近的两个点的调节，对于雾化器方案来说，仅仅做到了实现功能。但通过本发明的高效雾化技术，可以实现10KHz频率微调，在实际的应用中，以下数据为经过MCU的PWM波输出的微调数据。

编号	频率(MHz)
		1	1.657
2	1.665
		3	1.674
4	1.684
		5	1.692
6	1.701
		7	1.711
8	1.721
		9	1.73
10	1.738
		11	1.746
12	1.758
		13	1.768

可见在1.7MHz附近，实际调节精度大约可以达到10K级的步进，在1.6MHz至1.8Hz大约有20个频率点可以选择，由此可以实现精细化的调节，不仅可以实现了雾化的功能，而且根据共振片的特性，越接近于共振频率点，振幅越大从而可以实现更高的雾化效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种采用超声波加湿器振片高效振动装置的方法，其特征在于，该装置包括MCU处理器模块（20）、共振片触发电路（21）、振片与风扇电路（23）、反馈采样电路（22）、LED显示模块（25）和按键输入模块（24）；

所述的按键输入模块（24）、MCU处理器模块（20）、共振片触发电路（21）、振片风扇电路（23）依次连接；所述的反馈采样电路（22）的一端连接振片与风扇电路（23），另一端连接MCU处理模块（20）；所述的MCU处理模块（20）与LED显示模块（25）连接，所述的MCU处理器模块（20）从基础频率和计数频率两个方面对传输至共振片触发电路（21）的PWM波形进行实时调节；

所述的MCU处理器模块（20）包括主处理器（201）、数模转化电路（207）、非易失性存储器（203）、PPG发生器（206）、接口电路（202）和动态存储器（204）；所述的主处理器（201）分别与数模转换电路（207）、非易失性存储器（203）、PPG发生器（206）、接口电路（202）、动态存储器（204）连接，所述的主处理器（201）通过PPG发生器（206）与共振片触发电路（21）连接，所述的主处理器（201）通过接口电路（202）分别与按键输入模块（24）、LED显示模块（25）和振片与风扇电路（23）的风扇连接，所述的主处理器（201）通过数模转换电路（207）与反馈采样电路（22）连接；

所述的主处理器（201）包括IHRC时钟、八位预分频计数器和IHRCTD寄存器，所述的八位预分频计数器分别与IHRC时钟、IHRCTD寄存器和PPG发生器（206）连接；

所述的主处理器（201）通过程序配置IHRCTD寄存器调节内部高频IHRC时钟产生的主时钟，调节后输出的时钟经过八位预分频计数器传输至PPG发生器（206），作为基频；

所述方法包括以下步骤：

步骤1. 按键输入模块（24）收到启动信号，装置启动，MCU处理器模块（20）启动PPG发生器（206），开始输出PWM波形，第一次启动为默认输出1.7M至共振片触发电路（21），通过触发电路（211）、滤波电路（212）和放大回馈电路（213）三级作用，最终输出一个稳定的触发波形，引起共振片开始逐渐增加振幅，振动频率逐渐于触发信号保持一致；

步骤2. 液体受到共振片的作用逐渐有雾化效果，反馈采样电路（22）接入开始捕获共振片工作状态，反馈给主处理器（201）接受到反馈信号，根据PPG发生器（206）与IHRCTD寄存器修调输出的PWM波形，共振片接收到新频率的PWM波，振动频率重新接近于新的触发信号，反馈采样电路（22）继续捕获共振片工作状态，反馈给主处理器（201），再实现更加细化的微调，直至共振片振动效率达到最优，液体雾化效率最高；

步骤3. 整个雾化状态完成，MCU处理器模块（20）将相应的效果实现通过LED显示模块（25）显示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的共振片触发电路（21）包括触发电路（211）、滤波电路（212）和放大回馈电路（213），所述的MCU处理模块（20）依次与触发电路（211）、滤波电路（212）和放大回馈电路（213）连接，所述的放大回馈电路（213）与振片与风扇电路（23）连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的主处理器（201）完成整个装置的系统控制，包括识别按键输入模块（24）的输入信号、控制LED显示模块（25），控制PPG发生器（206）按照设定的算法进行输出；

所述的非易失性存储器（203）保存系统启动代码及配置信息，所述的动态存储器（204）作为主处理器（201）的内存单元，所述的接口电路（202）完成主处理器（201）与外部模块的型号传输，所述的PPG发生器（206）通过来自时钟的时间单位计数实现PWM输出，所述的数模转化电路（207）通过读取外部模拟信号输入转化为数字信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的MCU处理器模块（20）为用于处理主控与计算的MCU处理器模块；

所述的共振片触发电路（21）为用于放大PWM波形和触发共振片的共振片触发电路，所述的振片与风扇电路（23）为用于雾化液体以及吹出的振片与风扇电路；所述的反馈采样电路（22）用于检测共振片工作状态的反馈采样电路；所述的LED显示模块（25）为用于显示当前工作的LED显示模块；所述的按键输入模块（24）为用于用户输入的按键输入模块。