基于PIC單片機(jī)的超聲波清潔器設(shè)計

譜瑞集成電路（上海）有限公司 李靜波

1.引言

超聲波清洗器采用超聲波清洗的原理，可以達(dá)到物件全面潔凈的清洗效果，特別對深孔，盲孔，凹凸槽清洗是最理想的設(shè)備，不影響任何物件的材質(zhì)及精度。同時在生化，物理，化學(xué)，醫(yī)學(xué)，科研及大專院校的實驗中可作提取，脫氣，混勻，細(xì)胞粉碎之用。超聲波清洗器的清洗速度比傳統(tǒng)方法可提高幾倍到幾十倍，清潔度也能達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，這在許多對產(chǎn)品表面質(zhì)量和生產(chǎn)率要求較高的場合，更突出地顯示了用其它處理方法難以達(dá)到或不可取代的結(jié)果。

本文利用PIC16F917單片機(jī)設(shè)計了一套超聲波清潔器控制系統(tǒng)，成本低，體積小，具有良好的通用性和可靠性。

2.PIC16F917特點

PIC16F917是一款高性能的RISC CPU。其主要特點如下：

- 僅有35條指令，除跳轉(zhuǎn)指令外的所有指令都是單周期的

- 內(nèi)部集成高精度振蕩器，出廠時精度校準(zhǔn)為±1%

- 寬工作電壓范圍（2.0V到5.5V）

- 高耐用性閃存/EEPROM單元：14K字節(jié)閃存，可經(jīng)受10萬次寫操作；256字節(jié)EEPROM，可經(jīng)受100萬次寫操作

- 液晶顯示驅(qū)動：4個公共端，最大可驅(qū)動96像素

- 通過兩個引腳進(jìn)行的在線串行編程

-A/D轉(zhuǎn)換器：10位分辨率并且最多8個通道

PIC16F917有很多種時鐘源和選擇功能，從而使其應(yīng)用非常廣泛，并可最大限度地提高性能和降低功耗。時鐘源可以配置為由外部振蕩器、石英晶體諧振器、陶瓷諧振器以及阻容（RC）電路提供。此外，系統(tǒng)時鐘源可以配置為由兩個內(nèi)部振蕩器之一提供，并可以通過軟件選擇速度。PIC16F917有兩個內(nèi)部振蕩器：8MHz高頻內(nèi)部振蕩器和31kHz低頻內(nèi)部振蕩器。[1]

3.系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)通過用戶提供的直流電信號來檢測裝置的功率，通過溫度傳感器來檢測清洗液溫度。清洗液溫度超過設(shè)定溫度，裝置發(fā)出信號觸發(fā)繼電器暫停工作，清洗液溫度低于設(shè)定溫度，裝置觸發(fā)繼電器恢復(fù)工作。顯示設(shè)定的清洗時間（以分鐘為單位），設(shè)定完以后，裝置倒計時，時間一到就發(fā)出信號觸發(fā)繼電器切斷電源，裝置停止工作。裝置人機(jī)界面（液晶顯示）如圖1所示和，液晶顯示具體含義如圖2。

本系統(tǒng)主要分四部分，分別是：液晶顯示模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊和輸入輸出控制模塊。圖3為本系統(tǒng)的方框圖。

下面就各主要模塊逐一介紹：

3.1 液晶顯示模塊設(shè)計

PIC16F917液晶顯示驅(qū)動模塊產(chǎn)生時序控制來驅(qū)動靜態(tài)或復(fù)用的LCD面板，最多能驅(qū)動4個公共端和24段的面板。模塊同時可以控制LCD像素數(shù)據(jù)。LCD驅(qū)動模塊具有3個可用的時鐘源：

? FOSC/8192

? T1OSC/32

? LFINTOSC/32

第一個時鐘源是系統(tǒng)時鐘的8192分頻時鐘信號（FOSC/8192）。當(dāng)系統(tǒng)時鐘為8MHz時，選擇該分頻比將提供約1KHz的輸出。該分頻比不可編程。相反，LCD預(yù)分頻比位LCDPS[3:0]則用于設(shè)置LCD幀時鐘速率。

第二個時鐘源是T1OSC/32。當(dāng)Timer1振蕩器使用32.768KHz晶振時它同樣提供約1KHz的輸出。要把Timer1振蕩器用作時鐘源，需將T1OSCEN（T1CON[3]）位置1。

第三個時鐘源是31kHz的LFINTOSC/32，它提供大約1KHz的輸出。

液晶驅(qū)動模塊初始化代碼如下所示：

圖1 液晶顯示

圖2 液晶顯示具體含義

圖3 系統(tǒng)方框圖

3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計

模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為表示該信號的一個10位二進(jìn)制表示。PIC16F917具有最多8路模擬輸入，它們共用一個采樣保持電路。采樣保持電路的輸出與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入相連。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近法產(chǎn)生二進(jìn)制結(jié)果，并將結(jié)果存入一個10位寄存器。可用軟件選擇轉(zhuǎn)換所使用的參考電壓為VDD或者VREF引腳提供的電壓。本裝置通過外部提供的0-50V直流電信號來檢測功率值，通過外部提供的熱敏電阻來檢測溫度。以下是通過ADC讀取裝置外部輸入功率和溫度的程序：

圖4 寫EEPROM流程圖

3.3 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計

在本系統(tǒng)中，需要數(shù)據(jù)存儲器來存放用戶設(shè)置的倒計時時間和設(shè)定的溫度值。在下次開機(jī)時，如果沒有設(shè)定這兩個參數(shù)，就按照上一次運行時存儲在EEPROM里的值運行。

PIC16F917內(nèi)置了一個256字節(jié)EEPROM，可以省去外接EEPROM，為系統(tǒng)設(shè)計提供了方便，不僅可以減小PCB面積，還可以減少軟件開發(fā)工作。

寫EEPROM數(shù)據(jù)存儲器需遵循圖4所示流程。

3.4 輸入輸出控制模塊設(shè)計

本系統(tǒng)外接3個按鈕，功能分別為：

按鈕1：“＞”，是對前4數(shù)位由左到右依次選擇

按鈕2：“＋”，是對選定的數(shù)位進(jìn)行數(shù)值0-9或F的設(shè)定（設(shè)定的數(shù)值為以下循環(huán)0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-F-0-1－……）

按鈕3：“確定”，是對前4數(shù)位數(shù)值設(shè)定完成后的確認(rèn)

輸出部分為2路信號控制繼電器：當(dāng)?shù)褂嫊r時間到，發(fā)出信號控制繼電器1斷開，裝置停止工作；當(dāng)溫度超過設(shè)定值，發(fā)出信號控制繼電器2斷開，裝置停止工作，當(dāng)溫度低于設(shè)定值，發(fā)出信號控制繼電器2閉合，裝置繼續(xù)工作。

4.結(jié)語

本文介紹了利用PIC16F917芯片設(shè)計超聲波清洗器控制系統(tǒng)，成本低，體積小，具有良好的通用性和可靠性，可供監(jiān)測和工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計參考使用。

[1]PIC16F917數(shù)據(jù)手冊.

[2]李學(xué)海.PIC單片機(jī)實戰(zhàn)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.