CN109044552A - 一种超声波洗牙机控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波洗牙机控制系统和方法，系统包括：MCU控制器（8）、电压采样模块（4）、门极驱动模块（9）、电流采样模块（6）和EMC滤波器（5）、逆变升压模块（3），其中，所述EMC滤波器（5）连接电源（1），所述逆变升压模块（3）连接超声波振荡头（7），其中，MCU控制器（8）连接所述电压采样模块（4）、门极驱动模块（9）、电流采样模块（6），且EMC滤波器（5）连接所述逆变升压模块（3），所述电压采样模块（4）采集EMC滤波器（5）和逆变升压模块（3）之间的电压，所述电流采样模块（6）采集逆变升压模块（3）和超声波振荡头（7）之间的电流，所述MCU控制器（8）和所述逆变升压模块（3）之间设置所述门极驱动模块（9）。
Description
技术领域
本发明属于一种超声波洗牙机控制系统和方法。
背景技术
目前现有超声波频率追踪为外部手工调节非自动调节，增加人工成本体验感不佳，用户无法通过多种仪器设备实现精准的设置出超声波的最佳频率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超声波洗牙机控制系统和方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种超声波洗牙机控制系统，包括：MCU控制器(8)、电压采样模块(4)、门极驱动模块(9)、电流采样模块(6)和EMC滤波器(5)、逆变升压模块(3)，其中，所述EMC滤波器(5)连接电源(1)，所述逆变升压模块(3)连接超声波振荡头(7)，其中，MCU控制器(8)连接所述电压采样模块(4)、门极驱动模块(9)、电流采样模块(6)，且EMC滤波器(5)连接所述逆变升压模块(3)，所述电压采样模块(4)采集EMC滤波器(5)和逆变升压模块(3)之间的电压，所述电流采样模块(6)采集逆变升压模块(3)和超声波振荡头(7)之间的电流，所述MCU控制器(8)和所述逆变升压模块(3)之间设置所述门极驱动模块(9)。
优选的是，所述超声波振荡头(7)包含超声波振荡片和清洗锅，所述超声波振荡片通过丝网绝缘材料进行粘合到清洗锅上。
优选的是，所述逆变升压模块(3)，包括：包含两个功率管Q1,Q2,一个变压器T1,一个升压电感L1,谐振电容C1,C2,C3构建逆变升压模块。
优选的是，所述门极驱动模块(5)由MCU控制器(8)提供信号实现Q1和Q2导通和截止。
优选的是，所述电流采样模块(6)包括逆变升压模块(3)的负汇流条上感测电阻器R1,跨电流传感器11的电压提供链接到超声波振荡器(7)中电流的测量值，跨电流传感器作为电流感测信号I_sense输出到MCU控制器(8)。
优选的是，所述电压采样模块(4)，由R2和R3跨接市电ACL和ACN两端，感测市电电压变化，电压采样模块(4)作为电压感测信号V_sense输出到所述MCU控制器(8)中。
优选的是，所述MCU控制器(8)负责控制超声波振荡器(7)的操作并且参数两个信号DIR1和DIR2控制信号被输出到门极驱动模块(9)，门极驱动模块(9)作为回应驱动逆变升压模块(3)的开关Q1,Q2的断开和闭合。
一种超声波洗牙机控制方法，包括：
MCU控制器(8)默认频率输出到门极驱动模块(5)，转换信号控制逆变升压模块(3)，电流采样模块(6)将检测到I_sense信号输出返回到MCU控制器(8)实现闭环控制；
所述MCU控制器(8)的频率缓慢增加直到软件设置最高频率，超声波振荡头(7)的特性为MCU控制器(8)频率和超声波本振频率一致功率最大效率最高，MCU控制器(8)通过内部运算得出控制曲线，电流在峰值是锁定频率，并且通过处理器内部储存保存评率数据和电流曲线。
优选的是，所述电压采样模块(4)检测到V_sense信号输出到MCU控制器(8)，MCU处理器(8)提取运算后电压值乘以运算后的电流值计算出当前功率，通过比较内部存储的超声波振荡头(7)的最佳工作功率，并进行PID算法调节DIR1,DIR2的输出频率从而实现功率校准，参考公式如下：
其中，Δu(n)为采样差值，u：采样数值n:当前状态，Kp:比例值e:采样数值T：采样周期Ti:积分周期，Td:微分周期，(n-1):上次状态；(n-2):上上次状态。
本发明具有下列的优点：
功率恒定：市面上暂无此功能，基本出厂预设好的功率，产品在使用后老化功率慢慢衰减，无法达到清洗效果。
此外，市面无法检测电流，当超声波故障或者温度过高导致电流增加不能及时调整功率将导致爆炸或者烧毁。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1是本发明超声波洗牙机控制系统的结构示意图；
图2是本发明超声波洗牙机控制系统的电路示意图；
图3是本发明超声波洗牙机控制系统的控制逻辑示意图；
图4是本发明超声波洗牙机控制系统的波形示意图；
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1-4所示，一种超声波洗牙机控制系统，包括：MCU控制器(8)、电压采样模块(4)、门极驱动模块(9)、电流采样模块(6)和EMC滤波器(5)、逆变升压模块(3)，其中，所述EMC滤波器(5)连接电源(1)，所述逆变升压模块(3)连接超声波振荡头(7)，其中，MCU控制器(8)连接所述电压采样模块(4)、门极驱动模块(9)、电流采样模块(6)，且EMC滤波器(5)连接所述逆变升压模块(3)，所述电压采样模块(4)采集EMC滤波器(5)和逆变升压模块(3)之间的电压，所述电流采样模块(6)采集逆变升压模块(3)和超声波振荡头(7)之间的电流，所述MCU控制器(8)和所述逆变升压模块(3)之间设置所述门极驱动模块(9)。
优选的是，所述超声波振荡头(7)包含超声波振荡片和清洗锅，所述超声波振荡片通过丝网绝缘材料进行粘合到清洗锅上。
优选的是，所述逆变升压模块(3)，包括：包含两个功率管Q1,Q2,一个变压器T1,一个升压电感L1,谐振电容C1,C2,C3构建逆变升压模块。
优选的是，所述门极驱动模块(5)由MCU控制器(8)提供信号实现Q1和Q2导通和截止。
优选的是，所述电流采样模块(6)包括逆变升压模块(3)的负汇流条上感测电阻器R1,跨电流传感器11的电压提供链接到超声波振荡器(7)中电流的测量值，跨电流传感器作为电流感测信号I_sense输出到MCU控制器(8)。
优选的是，所述电压采样模块(4)，由R2和R3跨接市电ACL和ACN两端，感测市电电压变化，电压采样模块(4)作为电压感测信号V_sense输出到所述MCU控制器(8)中。
优选的是，所述MCU控制器(8)负责控制超声波振荡器(7)的操作并且参数两个信号DIR1和DIR2控制信号被输出到门极驱动模块(9)，门极驱动模块(9)作为回应驱动逆变升压模块(3)的开关Q1,Q2的断开和闭合。
一种超声波洗牙机控制方法，包括：
MCU控制器(8)默认频率输出到门极驱动模块(5)，转换信号控制逆变升压模块(3)，电流采样模块(6)将检测到I_sense信号输出返回到MCU控制器(8)实现闭环控制；
所述MCU控制器(8)的频率缓慢增加直到软件设置最高频率，超声波振荡头(7)的特性为MCU控制器(8)频率和超声波本振频率一致功率最大效率最高，MCU控制器(8)通过内部运算得出控制曲线，电流在峰值是锁定频率，并且通过处理器内部储存保存评率数据和电流曲线。
优选的是，所述电压采样模块(4)检测到V_sense信号输出到MCU控制器(8)，MCU处理器(8)提取运算后电压值乘以运算后的电流值计算出当前功率，通过比较内部存储的超声波振荡头(7)的最佳工作功率，并进行PID算法调节DIR1,DIR2的输出频率从而实现功率校准，参考公式如下：
其中，Δu(n)为采样差值，u：采样数值n:当前状态，Kp:比例值e:采样数值T：采样周期Ti:积分周期，Td:微分周期，(n-1):上次状态；(n-2):上上次状态。
本发明具有下列的优点：
功率恒定：市面上暂无此功能，基本出厂预设好的功率，产品在使用后老化功率慢慢衰减，无法达到清洗效果。
此外，市面无法检测电流，当超声波故障或者温度过高导致电流增加不能及时调整功率将导致爆炸或者烧毁。
更具体第说，电源1提供AC供电或者DC供电，并且包括控制系统2和超声波振荡头7。且超声波振荡头7包含超声波振荡片和清洗锅，通过特殊胶水实现两者粘合，两者之间通过丝网实现绝缘。
控制系统2，具体：包含EMC滤波器5，逆变升压模块3，门极驱动模块9，电压采样模块4，电流采样模块6，MCU控制器8，
如图2所示，逆变升压模块3，包含两个功率管Q1,Q2,一个变压器T1,一个升压电感L1,谐振电容C1,C2,C3构建逆变升压模块。
门极驱动模块5由MCU控制器8提供信号实现Q1和Q2导通和截止。
电流采样模块6包括逆变升压模块3的负汇流条上感测电阻器R1,跨电流传感器11的电压提供链接到超声波振荡器7中电流的测量值，跨电流传感器作为电流感测信号I_sense输出到MCU控制器8.
电压采样模块4，由R2和R3跨接市电ACL和ACN两端，感测市电电压变化，电流采样模块4作为电压感测信号V_sense输出到MCU控制器8中。
所述MCU控制器8包括微控制器，微控制器具有处理器，储存装置，和多个外设(例如：ADC,比较器，计算器，时钟等)储存装置储存由处理器执行的指令以及由处理器适用的控制参数(例如：电流限值，电压限值，电流曲线值，追踪频率值，预设功能等)，MCU控制器8负责控制超声波振荡器7的操作并且参数两个信号DIR1和DIR2控制信号被输出到门极驱动模块9，门极驱动模块9作为回应驱动逆变升压3的开关Q1,Q2的断开和闭合。
DIR1和DIR2的控制，DIR1逻辑电平为1，DIR2逻辑电平为1时，Q1导通，完成逆变升压正半周输出，DIR1逻辑电平为0，DIR2逻辑电平为1时，Q2导通，完成逆变升压正负半周输出，具体控制逻辑如图3时序表。
频率追踪，MCU控制器8默认36KHZ(或者其他频率)输出到门极驱动5,转换信号控制逆变升压3，电流采样6将检测到I_sense信号输出返回到MCU控制器8实现闭环控制，控制器8频率36K缓慢增加直到软件设置最高频率48KHZ(或者其他频率)，超声波7特性为MCU控制器8频率和超声波本振频率一致功率最大效率最高，MCU控制器8通过内部运算得出图4控制曲线，电流在峰值是锁定频率，并且通过处理器内部储存保存评率数据和电流曲线。
恒功率，电压采样4检测到V_sense信号输出到MCU控制器8，处理器提取运算后电压值乘以运算后的电流值计算出当前功率，通过比较内部存储的超声波头7最佳工作功率进行进行PID算法调节DIR1,DIR2的输出频率从而实现功率校准，参考公式如下：
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超声波洗牙机控制系统，其特征在于，包括：MCU控制器(8)、电压采样模块(4)、门极驱动模块(9)、电流采样模块(6)和EMC滤波器(5)、逆变升压模块(3)，其中，所述EMC滤波器(5)连接电源(1)，所述逆变升压模块(3)连接超声波振荡头(7)，其中，MCU控制器(8)连接所述电压采样模块(4)、门极驱动模块(9)、电流采样模块(6)，且EMC滤波器(5)连接所述逆变升压模块(3)，所述电压采样模块(4)采集EMC滤波器(5)和逆变升压模块(3)之间的电压，所述电流采样模块(6)采集逆变升压模块(3)和超声波振荡头(7)之间的电流，所述MCU控制器(8)和所述逆变升压模块(3)之间设置所述门极驱动模块(9)。
2.根据权利要求1所述的超声波洗牙机控制系统，其特征在于，所述超声波振荡头(7)包含超声波振荡片和清洗锅，所述超声波振荡片通过丝网绝缘材料进行粘合到清洗锅上。
3.根据权利要求1或2所述的超声波洗牙机控制系统，其特征在于，所述逆变升压模块(3)，包括：包含两个功率管Q1,Q2,一个变压器T1,一个升压电感L1,谐振电容C1,C2,C3构建逆变升压模块。
4.根据权利要求1或2所述的超声波洗牙机控制系统，其特征在于，所述门极驱动模块(5)由MCU控制器(8)提供信号实现Q1和Q2导通和截止。
5.根据权利要求1或2所述的超声波洗牙机控制系统，其特征在于，所述电流采样模块(6)包括逆变升压模块(3)的负汇流条上感测电阻器R1,跨电流传感器11的电压提供链接到超声波振荡器(7)中电流的测量值，跨电流传感器作为电流感测信号I_sense输出到MCU控制器(8)。
6.根据权利要求1或2所述的超声波洗牙机控制系统，其特征在于，所述电压采样模块(4)，由R2和R3跨接市电ACL和ACN两端，感测市电电压变化，电压采样模块(4)作为电压感测信号V_sense输出到所述MCU控制器(8)中。
7.根据权利要求1或2所述的超声波洗牙机控制系统，其特征在于，所述MCU控制器(8)负责控制超声波振荡器(7)的操作并且参数两个信号DIR1和DIR2控制信号被输出到门极驱动模块(9)，门极驱动模块(9)作为回应驱动逆变升压模块(3)的开关Q1,Q2的断开和闭合。
8.一种超声波洗牙机控制方法，其特征在于，包括：
MCU控制器(8)默认频率输出到门极驱动模块(5)，转换信号控制逆变升压模块(3)，电流采样模块(6)将检测到I_sense信号输出返回到MCU控制器(8)实现闭环控制；
所述MCU控制器(8)的频率缓慢增加直到软件设置最高频率，超声波振荡头(7)的特性为MCU控制器(8)频率和超声波本振频率一致功率最大效率最高，MCU控制器(8)通过内部运算得出控制曲线，电流在峰值是锁定频率，并且通过处理器内部储存保存频率数据和电流曲线。
9.根据权利要求8所述的超声波洗牙机控制方法，其特征在于，所述电压采样模块(4)检测到V_sense信号输出到MCU控制器(8)，MCU处理器(8)提取运算后电压值乘以运算后的电流值计算出当前功率，通过比较内部存储的超声波振荡头(7)的最佳工作功率，并进行PID算法调节DIR1,DIR2的输出频率从而实现功率校准，参考公式如下：
其中，Δu(n)为采样差值，u：采样数值n:当前状态，Kp:比例值e:采样数值T：采样周期Ti:积分周期，Td:微分周期，(n-1):上次状态；(n-2):上上次状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181221 |