基于基于STC单片机的超声波清洗机单片机的超声波清洗机
针对目前工业清洗问题，设计了一款基于STC单片机超声波清洗机系统。该系统采用STC15F2系列的单片机为
控制核心，加以功率调节、半桥逆变、PWM发生与控制等模块电路，利用了调谐匹配和阻抗匹配，使压电换能
器输出最大功率。本超声波清洗机具有功率、频率可调、定时清洗的功能，以及清洗效率高、成本低、运行稳
定的特点，达到节能环保的目的，应用前景广阔。
随着超声波技术的不断发展，超声波广泛应用于检测、清洗、焊接、医疗等领域，甚至在纺织、航空领域也能见到它的踪迹。
目前，超声的研究和应用可分为功率超声和检测超声两大领域，超声清洗是功率超声最为广泛的应用之一。它通过换能器，将
功率超声的声能转换成机械振动，同时强超声波在液体传播时会产生“空化效应”。在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其
周围产生上千个大气压力，对污层的直接反复冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的破坏而
脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中，以清除物体表面的杂质、污垢或油膩。与其他清洗相比，超声波清洗具有效率高、
能耗低、清洁环保的特点，特别在清洗复杂零件、盲孔、狭缝多的物件时，更凸显它的优势。
1 超声波清洗机总体方案设计超声波清洗机总体方案设计
文中设计的超声波清洗机是以STC单片机为控制核心，包括整流滤波、逆变、IGBT驱动、PWM发生与控制、频率扫描显示、
功率调节、调谐匹配与阻抗匹配模块以及相关保护模块。
在超声波清洗机中，220 V50 Hz的市电输入后分为两路，一路用来产生大功率超声波，另一路用来检测、控制与显示的供电
作用，具体如图1所示。其中，通过双向可控硅可控制清洗机的功率。逆变模块为半桥逆变，把直流电压逆变为高频交流电
压，再经调谐匹配与阻抗匹配模块的变压器升压以及电感匹配，可以高效率、最大功率地输送到压电换能器。最后，压电换能
器把超声波电源输出的电能转化为高频机械振动。
2 超声波清洗机各模块设计原理超声波清洗机各模块设计原理
2.1 整流滤波与功率调节模块整流滤波与功率调节模块
220 V50 Hz交流电经整流桥B1整流以及电解电容C12滤波后产生直流输出电压。其中双向可控硅TR1用于功率调节，C11为安
规电容，R11和C11主要用于消除高频干扰。而U1为光耦，型号可以选择MOC3021，1脚和3脚接调功模块。光耦U1起到隔离
强弱电的作用，增强了电路的可靠性和安全性。
在超声波电源系统的工作过程中，整流滤波模块与逆变模块会发热，可以将两个模块安装在一个铝片散热器上，进行风冷散
热。这样，系统可以更安全可靠工作。
2.2 逆变与脉冲驱动模块逆变与脉冲驱动模块
由于半桥逆变电路所用到的功率器件少，成本低，而且控制相对简单，因此本文设计的超声波清洗机采用半桥逆变电路。
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