基于PIC单片机的超声波清洁器设计

谱瑞集成电路（上海）有限公司 李静波

1.引言

超声波清洗器采用超声波清洗的原理，可以达到物件全面洁净的清洗效果，特别对深孔，盲孔，凹凸槽清洗是最理想的设备，不影响任何物件的材质及精度。同时在生化，物理，化学，医学，科研及大专院校的实验中可作提取，脱气，混匀，细胞粉碎之用。超声波清洗器的清洗速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也能达到高标准，这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合，更突出地显示了用其它处理方法难以达到或不可取代的结果。

本文利用PIC16F917单片机设计了一套超声波清洁器控制系统，成本低，体积小，具有良好的通用性和可靠性。

2.PIC16F917特点

PIC16F917是一款高性能的RISC CPU。其主要特点如下：

- 仅有35条指令，除跳转指令外的所有指令都是单周期的

- 内部集成高精度振荡器，出厂时精度校准为±1%

- 宽工作电压范围（2.0V到5.5V）

- 高耐用性闪存/EEPROM单元：14K字节闪存，可经受10万次写操作；256字节EEPROM，可经受100万次写操作

- 液晶显示驱动：4个公共端，最大可驱动96像素

- 通过两个引脚进行的在线串行编程

-A/D转换器：10位分辨率并且最多8个通道

PIC16F917有很多种时钟源和选择功能，从而使其应用非常广泛，并可最大限度地提高性能和降低功耗。时钟源可以配置为由外部振荡器、石英晶体谐振器、陶瓷谐振器以及阻容（RC）电路提供。此外，系统时钟源可以配置为由两个内部振荡器之一提供，并可以通过软件选择速度。PIC16F917有两个内部振荡器：8MHz高频内部振荡器和31kHz低频内部振荡器。[1]

3.系统设计

该系统通过用户提供的直流电信号来检测装置的功率，通过温度传感器来检测清洗液温度。清洗液温度超过设定温度，装置发出信号触发继电器暂停工作，清洗液温度低于设定温度，装置触发继电器恢复工作。显示设定的清洗时间（以分钟为单位），设定完以后，装置倒计时，时间一到就发出信号触发继电器切断电源，装置停止工作。装置人机界面（液晶显示）如图1所示和，液晶显示具体含义如图2。

本系统主要分四部分，分别是：液晶显示模块，模数转换模块，数据存储模块和输入输出控制模块。图3为本系统的方框图。

下面就各主要模块逐一介绍：

3.1 液晶显示模块设计

PIC16F917液晶显示驱动模块产生时序控制来驱动静态或复用的LCD面板，最多能驱动4个公共端和24段的面板。模块同时可以控制LCD像素数据。LCD驱动模块具有3个可用的时钟源：

・ FOSC/8192

・ T1OSC/32

・ LFINTOSC/32

第一个时钟源是系统时钟的8192分频时钟信号（FOSC/8192）。当系统时钟为8MHz时，选择该分频比将提供约1KHz的输出。该分频比不可编程。相反，LCD预分频比位LCDPS[3:0]则用于设置LCD帧时钟速率。

第二个时钟源是T1OSC/32。当Timer1振荡器使用32.768KHz晶振时它同样提供约1KHz的输出。要把Timer1振荡器用作时钟源，需将T1OSCEN（T1CON[3]）位置1。

第三个时钟源是31kHz的LFINTOSC/32，它提供大约1KHz的输出。

液晶驱动模块初始化代码如下所示：

图1 液晶显示

图2 液晶显示具体含义

图3 系统方框图

3.2 模数转换模块设计

模数转换器可以将模拟输入信号转换为表示该信号的一个10位二进制表示。PIC16F917具有最多8路模拟输入，它们共用一个采样保持电路。采样保持电路的输出与模数转换器的输入相连。模数转换器采用逐次逼近法产生二进制结果，并将结果存入一个10位寄存器。可用软件选择转换所使用的参考电压为VDD或者VREF引脚提供的电压。本装置通过外部提供的0-50V直流电信号来检测功率值，通过外部提供的热敏电阻来检测温度。以下是通过ADC读取装置外部输入功率和温度的程序：

图4 写EEPROM流程图

3.3 数据存储模块设计

在本系统中，需要数据存储器来存放用户设置的倒计时时间和设定的温度值。在下次开机时，如果没有设定这两个参数，就按照上一次运行时存储在EEPROM里的值运行。

PIC16F917内置了一个256字节EEPROM，可以省去外接EEPROM，为系统设计提供了方便，不仅可以减小PCB面积，还可以减少软件开发工作。

写EEPROM数据存储器需遵循图4所示流程。

3.4 输入输出控制模块设计

本系统外接3个按钮，功能分别为：

按钮1：“＞”，是对前4数位由左到右依次选择

按钮2：“＋”，是对选定的数位进行数值0-9或F的设定（设定的数值为以下循环0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-F-0-1－……）

按钮3：“确定”，是对前4数位数值设定完成后的确认

输出部分为2路信号控制继电器：当倒计时时间到，发出信号控制继电器1断开，装置停止工作；当温度超过设定值，发出信号控制继电器2断开，装置停止工作，当温度低于设定值，发出信号控制继电器2闭合，装置继续工作。

4.结语

本文介绍了利用PIC16F917芯片设计超声波清洗器控制系统，成本低，体积小，具有良好的通用性和可靠性，可供监测和工业控制系统设计参考使用。

[1]PIC16F917数据手册.

[2]李学海.PIC单片机实战[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.