基于单片机的超声波清洗机的设计

题   目：基于单片机的超声波清洗机的设计 

1  绪  论

1.1  设计的背景及意义

目前，由于环境保护的要求，使用清洗剂逐渐成为众多厂家的**，这就需要与超声清洗配合才能取得更好的效果。
     近10年来，超声波清洗设备正在朝两个方面发展。其一是，各种类型的多缸或传动链式或升降式超声清洗生产线相继面市；其二是，低频超声波清洗机向高频超声波清洗机的发展。在美G、日本、欧洲以及亚太市场上，多缸式超声波清洗设备总量已呈明显上升之势，高达总量的50％，而多工位半自动、全自动传动链式或升降式超声波清洗线体设备也已上升到总量的40％以上。#p#分页标题#e#
     我G超声波清洗技术的应用已经取得了较好的成效。一是机械零部件在电镀前后的清洗或喷涂前的清洗，拆修零部件的清洗，要求高清洗度，如油泵油嘴偶件、轴承、制动器、燃油过滤器、阀门的清洗。二是印制电路板、硅片、晶片、元器件壳、座、铁路系统用的信号控制继电器、元器件、连接件、显像管以及电真空器件等的清洗。三是眼镜、显微镜、望远镜、瞄准具等光学系统及取样玻璃片的清洗。四是医用器具、食品、制药、生化等试验中所用各种瓶罐的清洗。五是喷丝头、精密模具、精密橡胶件、珠宝工艺品等的清洗。
     我G现有各类超声波清洗设备制造企业近40家，但其分布主要集中在东南沿海地区。据统计资料，沿海地区的厂家占全G总数的85％，可见经济发达地区对超声波清洗技术的应用不但在先，而且广泛，普及程度高，同时，这又证明超声波清洗技术在中西部地区推广普及的前景十分广阔。就产品水平而言，当代产品与20世纪70—80年代的产品相比，技术进步也十分明显。
     近年来，由于对汽车制动器生产线、冰箱压缩机生产线的传统清洗工艺实行技术改造，拟采用超声波清洗工艺。在G外汽车底盘架、轿车外壳喷涂前的超声波清洗，配合专用清洗液，将除锈、去氧化膜及磷化一次清洗处理完成，烘干后即可喷漆等都有了新的应用和发展。
     美GDvpont公司在新泽西州制药厂的应用报告称：超声波清洗能除去反应罐或化学处理桶壳表面的污物，比用普通方法节约能源，费用低且减少环境污染，清洗过程简单，只要在容器中灌满水，加热到65℃，并加入2％的表面活性剂，进行处理2—4h，即可清洗干净。
     欧洲的一些厂家曾清洗过各种的罐，以前用甲醇加热到沸点一次处理4—8h，总共要进行5次清洗才能达到要求，而且超声波清洗只需要一次处理即能达到要求，既节省溶剂，提高效率，又减少环境污染。随着超声波清洗设备的应用范围越来越广泛，各种经过不断完善和改进的新颖超声波清洗设备正在取代已面市的老式设备。
     兆赫超声波清洗技术是指采用频率700kHz—2MHz的超声波进行清洗。清洗系统一般由压电换能器、清洗容器和清洗液、高频电功率发生器及控制电路等组成，对于某些特定的清洗对象，有时还配有热空气烘干、专用清洗架及清洗液的过滤循环系统。兆赫超声波清洗技术的主要特点，一是避免了高光洁度物体的表面损伤；二是可除去附着在表面的亚微米大小的颗粒；三是浸入液体中，面向换能器的一面能被洗净，所以要进行两面清洗。
     目前，G外市场上已有商用的兆赫超声波清洗设备。美GVerteq、Imtec、ProSys公司已开发出这类设备用于半导体生产线上，在对100—300mm硅片的清洗中，可除去硅片表面上小到0．15μm的微小颗粒，而且可加快漂洗过程并有效地阻止粒子在硅片表面上重新附着。兆赫超声波清洗是G外许多大规模集成电路制造厂家生产过程中不可缺少的标准设备。
超声波的作用原理
     超声波清洗的原理，在理论要加以阐述是比较复杂的，里面牵涉许多因素和作用，可以体现超声波清洗作用的主要有以下三点。
    (1)空穴作用
     当强力的超声波辐射到液体中，清洗液以静压(一个标准气压)为中心进行变化，在压力到零气压以下时，溶解在液体中的氧会形成微小气泡核，进而产生无数近似真空的微小空洞(空穴)。超声波的正压力时的微小空洞，在jue热压缩状态被挤碎，这个发生在挤碎瞬间的强力冲击波，可直接破坏污染物并使之分散在液中，形成清洗机理。试验中这种强力的清洗作用，能在数十秒内对铝箔侵蚀成无数的小孔。
    (2)加速度
     清洗液体经超声波辐射，液体分子发生振动，这种振动加速度在28kHz时是重力加速度的103倍，在950kHz时将达到105倍，由这个强力加速度可以对受污物的表面实行剥离清洗。然而，950kHz的超声波不产生空穴，不适应去油污的清洗，只能在电子工业的半导体制造中，对亚微米粒子的污染进行清洗。
    (3)物理化学反应的促进作用
     由空穴作用使液体局部发生高温高压(1000气压，5500℃)，再经振动产生的搅拌，促使发生化学或物理作用，液体不断地乳化分散，进一步促进化学反应的速率。
1.2 超声波的产生方式
连续振荡振幅及频率是固定的可强力清洗。由驻波作用使清洗不均，应增加摇动，达到清洗均匀性。加宽调制振幅变化有良好的脱气效果，对不同物体清洗性好，噪声大。 
频率调制（FM振荡） 振荡频率实行数千赫的变化 能均匀地清洗。清洗效率差，平均输出功率低。清洗均匀，不易得到强力的超声波。不易得到强力清洗。圆锥形辐射清洗 用不锈钢制成的共振体进行超声波辐射。一般在清洗不充分场合使用 可获得常规超声波10倍或20倍的强度，性能高。 但清洗面小，噪声大。 
清洗条件的选择设定主要有以下特点：
    清洗位置：将清洗物置于驻波压力**大的位置，可获得**佳的清洗效果。但是比驻波大的物体清洗时，易产生清洗不均，这时应将物体在上下数十毫米内加以摇动，这是减少清洗不良的常用方法。#p#分页标题#e#
     由网孔引起的衰减：在清洗小型物件时，多使用网篮方式，网篮网孔的大小不当，会造成超声波衰减，使清洗力降低，例在28kHZ场合，网篮的网孔直径需在5mm以上，才可正常清洗。如小的螺钉清洗时，网孔**小要做到1mm，如果衰减大，使用0．1-0．5mm的薄板网蓝，也可得到正常清洗效果。
     频率：对于频率因素涉及的清洗效果，大体可这样认为，采用频率低的针对较难清洗的污垢，频率高的，适合于精密清洗场合。
     液体温度：随着液温的上升，液中生存的气泡会遮断声波，使超声波减弱，但是在常规做法上都以提高液温来增加清洗能力。适合的液温要针对不同的清洗液和清洗物来确定。
清洗工序和清洗装置
     清洗工序的设定要根据污染的类型，污染程度，处理批量来决定，譬如，眼镜片的清洗一般要10个工序。在使用水系清洗剂时，**基本的工序制定如下：
    超声波清洗(水系清洗剂)→超声波清洗(纯水、自来水)→脱水 (干燥)
     干燥处理对清洗物的清洗性优劣非常重要，常见的干燥方法有热风干燥、通风干燥、真空干燥、离心脱水干燥、IPA提升干燥等，可按照生产批量、成本、产品精度、被洗物形状等加以选择。
     工业用超声波清洗机多为单槽或双槽式、自动清洗形式的清洗机也有多槽形式。近年来，半导体行业用的清洗方式大多采用带950kHz超声槽的单枚式“US喷淋”高频清洗，可得到高性能的清洗结果，“US喷淋”的方式是将载有950kHz超声波所形成的水帷幕，用于液晶玻璃、电路芯片的超精密清洗，尘粒子可接近“零”的程度。
     今后不同产品的湿式清洗，如需100％地发挥清洗剂的性能作用，对超声清洗装置将会提出更高的要求。
 
2 系统论述
超声清洗是利用超声波在清洗液中的空化作用、加速度作用及直进流作用，产生的冲击，将浸没在清洗液中的工件内外表面的污物震落剥离下来。目前常用的超声波清洗机中，以空化作用和直进流作用为主。超声波清洗机主要应用于电子、光学和医疗*域，用来清洗半导体器件、印制电路板玻璃器具等超声波清洗机由超声波发生器、超声波换能器、超声清洗槽及控制电路组成。超声波清洗机主要利用超声波发生器产生超声波信号并传入超声波换能器，超声波换能器将超声波电能转换为高频机械振动并传入清洗液中，在清洗液中产生空化作用，从而达到超声波清洗的目的。
超声波清洗机控制的关键是频率跟踪，也就是使超声波电源输出频率和换能器频率一致，这样才能形成共振，使换能器处于**佳工作状态，清洗效果**好。目前，常用的频率跟踪技术采用锁相环方式，该方法简单易实现，跟踪效果好，但功能单一。本文采用单片机实现全数字控制，以便于设置相关参数。该机的主要功能有频率自动跟踪、功率调节、振荡工作方式、扫描工作方式、定时功能。
超声波是一种超过人类听力频率范围的声波，具有频率高、方向性准、穿透能力强等特点，广泛应用于清洗、距离测量、医学等*域。超声清洗始于20世纪50年代初，开始主要用于电子、光学和医药等*域，作为一项实用性很强的技术，其应用场所广泛，涉及到大的机械零部件，小半导体器件的清洗等，常常称作“无刷清洗”。超声波清洗的主要特点是速度快、效果好、容易实现工业控制等针对复杂工件表面，如空穴、凹凸处，普通清洗方法很难实现，而采用超声波就可以获得很好的效果。随着声化学的出现与应用，再配合使用适当的溶液，调节清洗液酸碱度等，清洗效果更好。
2.1 超声波清洗的原理和特点
超声波清洗的换能器将超声频电能转换成机械振动并通过清洗槽壁向盛在槽中的清洗液辐射超声波。存在于液体中的微气泡(称为空化核)在声波的作用下振动，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合。在气泡闭合时，产生冲击波，在气泡周围产生很大的压力及局部高温，这种物理现象称为超声空化。空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使它们分散于溶液中。蒸汽型空化对污垢层的直接反复冲击，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疲劳破坏而脱离。气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡还能“钻入”裂缝作振动，使污垢脱落。由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子自行脱落。超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，冲击清洗件，同时由于非线性效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面上会产生高速的微声流，所有这些作用能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。
由此可见，凡是液体能浸到声场存在的地方都有清洗作用，而且清洗速度快、质量高，特别适合于清洗件表面形状复杂，如空穴、狭缝等的细致清洗，易于实现清洗自动化。对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也达到高标准。在某些场合下可以用水剂代替有机溶剂进行清洗，或降低酸碱的浓度。对于一些有损人体健康的清洗，如清洗放射性污物可以实现遥控和自动化清洗。超声清洗也有其局限性，例如对声波反射强的材料如金属、陶瓷和玻璃等清洗效果好，而对声波吸收大的材料如布料、橡胶以及粘度大的污物清洗效果差。#p#分页标题#e#
2.2 超声波清洗机的结构和参数设定
(1) 超声波清洗机结构设计
超声波清洗机主要由超声波发生器、超声换能器和清洗槽组成。超声波发生器将50Hz的交流电转换成超声频电振荡信号后，通过电缆输送给超声换能器。清洗槽是盛放清洗液和被清洗零部件的容器。
(2) 参数设定
为了实现超声波清洗的高效率，应当选择**佳的声强、频率及清洗槽声场分布等参数。工作频率选在20—50kHz之间。低频声波的空化气泡大、数量少，易于清洗较粗糙物品。高频声波空化气泡小、数量多，易于清洗精细且形状复杂的物品。本超声波清洗机用于清洗较粗糙的生活用具，所以采用低频20kHz。清洗液采用碳氢清洗液，碳氢清洗液具有以下特点：清洗性能好，蒸发损失小，无毒，材料相容性好，不破坏环境，价格便宜。
                    

3 系统的硬件设计

按照设计要求，超声波清洗机系统的硬件电路主要包括超声波发射电路，超声波接收电路，换能电路和键盘控制电路等，各模块有它特定的功能，这些电路性能的好坏直接影响系统的稳定性。

3.1 单片机外围电路设计

3.1.1 单片机设计方案比较
单片机的选择有多种方案可供参考，例如AVR单片机、TI公司单片机、STC单片机、PIC单片机和51系列单片机。
因此我在在单片机外围电路设计前对各种单片机方案进行了比较^[9]：
(1) AVR单片机
AVR单片机由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术, 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机。其特点是：简单易学，AVR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级；费用低廉，高速，低耗，I/O口功能强,具有A/D转换等电路，有功能强大的定时器/计数器及通讯接口。
(2) TI公司单片机
德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机。TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合。
(3) STC单片机
STC公司的单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带ADC，4路PWM，双串口，有全球**ID号，加密性好，抗干扰能力强。
(4) PIC单片机
是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。
(5) 51系列单片机
51些列单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。掌握起来比较简单，且成本低，可靠性高。
综上所述，选择51系列的单片机是**符合实际需求的，实验方便，且数据处理量不是很大，所以，本次设计选定以51系列单片机为控制核心的STC89C52单片机来进行。
3.1.2 STC89C52单片机的特点
STC89C52是51系列单片机的一个型号，它是STC公司生产的。
STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合^[1]。
STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52可以按照常规方法进行编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
主要功能特性:
（1） 兼容MCS51指令系统8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM
（2） 32个双向I/O口,256x8bit内部RAM
（3） 3个16位可编程定时/计数器中断,时钟频率0-24MHz
（4） 2个串行中断,可编程UART串行通道
（5） 2个外部中断源,共8个中断源
（6） 2个读写中断口线,3级加密位
（7） 低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能
STC89C52各引脚功能及管脚电压如图3.1所示
 
 
 
 图3.1 STC89C52引脚图
概述：STC89C52为40 脚双列直插封装8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能#p#分页标题#e#^[2]。
P0 口:P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1 口:P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。   
P2 口:P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
P3 口:P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位^[4]。
XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。
特殊功能寄存器:在STC89C52 片内存储器中，80H-FFH 共128 个单元为特殊功能寄存器（SFE）。
数据存储器: STC89C52 有256 个字节的内部RAM，80H-FFH 高128 个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128 字节的RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。
波特率发生器:当T2CON中的TCLK 和RCLK 置位时，定时/计数器2 作为波特率发生器使用。如果定时/计数器2 作为发送器或接收器，其发送和接收的波特率可以是不同的，定时器1 用于其它功能，其引脚与第二功能如下。
 
 
表3.1 STC89C52P3口的第二功能

引脚	第2功能
P3.0	RXD（串行口输入端）
P3.1	TXD（串行口输出端）
P3.2	INT0（外部中断0请求输入端，低电平有效）
P3.3	INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）
P3.4	T0（定时器/记时器0计数脉冲输入端）
P3.5	T1（定时器/记时器1计数脉冲输入端）
P3.6	WR（外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）
P3.7	RD（外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）

STC89C52 的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的PEROM 程序存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。
3.1.3显示与键盘电路的设计
显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。**简单**直观的显示器可以使用LED发光二极管，而复杂的比较完整的显示器应该是CRT监视器或者屏幕较大的LCD液晶屏。
LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。
LCD是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。极化滤光器的线正好与**个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。
LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出**个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，**后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。#p#分页标题#e#
显示电路如图3.2所示。
 
图3.2 LCD显示电路连接图
在外围的键盘控制电路中，设置了四个独立按键，分别与单片机的P3.4~P3.7相连，当按下S1时，启动超声波发射，开始机器；当按下S2时，停止发射超声波，即停止机器；S3为报警开关，当清洗过快时，蜂鸣器电路发出警告，此时按下S3键，即可停止报警，S4为预留出来的按键，当需要的时候可以实行编程控制。电路设计如图3.3所示。
 
图3.3 键盘控制电路
 

3.2 超声波发生器的选择

超声波发生器也称作超声电源，它是一种用以产生超声频电能并向超声换能器提供的装置。按照所采用的工作原理，可以把超声波发生器分为模拟电路和数字电路两大类。模拟电路超声波发生器又分为振荡一放大型和逆变型两种。本设计采用振荡一放大型超声波发生器，其结构框图如图3.4所示。它是一个带有振荡电路的放大器，由振荡、放大、匹配电路和电源组成。振荡器产生一定频率的信号，放大器将其放大到一定的功率输出。达到**佳负载值，通过输出变压器进行阻抗匹配，并通过功放输出。
振荡条件：
从结构上看，正弦波振荡器就是一个没有输入信号的、带选频网络的正反馈放大器。表示接正反馈时放大器在输入信号显示时的输出。可知，如果在放大器输入端1外接一定频率，一定幅度的正弦波信号Xa，经过基本放大器和反馈网络所构成的环路输出后，在反馈网络的输出端2得到反馈信号Xf与Xa在大小和相位上都一致，则可以除去外接信号Xa，将1、2两端连接在一起(如图中虚线所示)而形成闭环系统，其输出端可继续维持与开环时一样的输入信号。
和              
   n=0,1,2,3……  相位平衡条件                  (3.1)
这是正弦波振荡器产生持续振荡的必要条件。振荡器的振荡频率是由相位平衡条件决定的。一个正弦波振荡器只在某一个频率下满足相位平衡条件，这个频率就是f0,这就是要求在环路中包含一个具有选频特性的网络。它可以设置在放大器A中，也可以设置在反馈网络F中，它可以用R、C元件组成，也可以用L、C元件组成。欲使振荡器能自行建立振荡，就必须满足＞1的条件。这样在接通电源后，振荡器就可以自行起振，**后趋于稳态平衡。
3.3 超声波振荡器设计
由于TL494价格便宜而且性能优越，设计采用由开关稳压块TL494构成的振荡器。
将TL494的5脚(CT)和6脚(RT)接定时元件电阻R和电容C，即可起振。如图3.4所示。
    
图3.4 TL494的引脚图
由于频率选为20kHz由上公式得RC=0.5958×,振荡器输出方波的占空比是换能器产生的超声波强度的决定因素。通过给TL494的4脚加以一定的直流电压就可实现占空比调整。定时元件由电容C、电阻R1和电位器R2构成，调节电位器R2即可实现频率的调整。本机供电电源为12V，采用的是推挽工作方式。电阻R3(10kΩ)和电位器R4(10kΩ)构成分压电路，死区时间控制端的电位应界于2．5～5V之间。调节电位器R4亦可实现超声波的强度调节。
（1）超声波放大器的选择
超声波放大器的作用是将振荡信号放大**所需电平。放大部分可以是单级的，也可以是多级的，主要看输出功率的需要。早期的超声波发生器使用电子管做放大器件，现在则普遍采用晶体管（三极管、场效应管和IBGT器件）。近年来越来越多的厂家采用功率集成电路做超声波发生器的放大器件。目前工业上广泛使用的超声波发生器基本上被晶体管电路垄断。
与电子管发生器相比，晶体管发生器的优点在于体积小、重量轻、效率高。但从另一方面讲由于受到方向击穿电压、**大集电极电流、**大集电极耗散功率参数的限制，通常一对晶体管的**大输出功率只能达到百瓦级。要提高晶体管发生器的输出能力，除了有赖于搞性能器件外，还必须采用高效率的电路。传统的甲类、乙类、丙类放大器是把有源器件作为电流源工作。在这些放大器中，晶体管工作在伏安特性曲线的有源区。集电极电流受基极激励信号控制作相应变化。
 (2)低压驱动电路
本机采用高压小电流功放电路，由两只三极管和耦合变压器构成。为了避免两只功放管同时导通，导致内部功耗增加，两管的导通时间必须错开，使它们在交替工作时有一段同时截止的时间。为此，三极管P1和P2对振荡器的输出作反相处理，三极管选用PNP型的8550。低压驱动电路所用的电源是直流12V，而功放电路的电源是交流220V，在三极管后加入一个耦合变压器，完成高低压隔离的任务。
(3)功放匹配电路功放电路#p#分页标题#e#
电路由两个VMOS功率场效应管2SK791构成。具有线性度高、频率响应好、开关速度快等优点，是理想的开关元件。但其关断特性在电流小时并不理想，下降沿有拖尾。
3.4 高频驱动和匹配电路
超声发生器与一般放大器的一个重要区别在于它的匹配电路部分。一般放大器与负载之间的匹配只牵涉到阻抗变换，而超声波发生器与负载之间的匹配则除了阻抗变换之外，还有一项很重要的内容—调谐，即选用一定值的阻抗元件，使之在工作频率上与负载中的电抗成分谐振。只有在同时进行了阻抗变换和调谐之后，整个系统才算是达到了匹配，换能器才能正常工作.
超声波清洗机中的匹配电路是将发生器输出的电能送往换能器的通道。匹配电路虽然结构简单(通常只有一个匹配电感)，却具有重要作用。相同型号的清洗机，匹配调得好的清洗效果好；匹配调得差的则清洗效果差。对同一台机器而言，如果工作一段时间后清洗效果变差，或者换能器经过更换，都需要重新调整匹配。与一般电子设备的匹配有所不同，超声清洗机的匹配除了要解决变阻问题(即变换负载的阻值，使之与发生器的**佳负载值相等)外，还要解决调谐问题，即用匹配电感的感抗抵消换能器的容抗，使换能器呈纯阻性。技术人员通常是根据各自的经验进行匹配。例如，有人在改变清洗槽水位时观察电流的变化，如果电流变化处于一定范围之内，同时管子不发热，空化声强，便认为匹配已调好。也有人让机器空载时稍，微呈电感性，而在加载后转变为纯阻状态。这些经验都是适用的。但在已有经验的基础上，再掌握匹配的原理，就可以在匹配时有的放矢，更加主动，从而收到事半功倍的效果。其驱动电路如图3.5所示。

 
图3.5 清洗机的高频驱动电路

3.5 超声波换能器设计

用于超声清洗的换能器有两种类型．一是磁致伸缩换能器，另一种是压电换能器，磁致伸缩换能器这种换能器的电声效率比较低．而且金属镍材料价格昂贵，制造工艺复杂，所以目前很少采用。还有一种用铁氧体材料做成的磁敛伸缩换能器，虽然其电声效率比较高，但机械强度低，所能承受的电功率容量小，因而目前我G也很少应用目前我G主要采用压电换能器，因为这种换能器的电声转换效率高，原材料价格便宜，而且便于制造不同的结构，以适应不同的清洗要求。压电换能器又有很多种如圆柱形、喇叭形等。经过对比**后确定选用喇叭形夹心压电换能器作为此次的换能器。
换能器是用来进行能量转换的器件，是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置。在声学研究*域中，换能器主要是指电声换能器，它能实现电能和声能之间的转换。

超声波换能器一般有磁致伸缩换能器和压电晶体换能器两类。属于磁致伸缩的有镍片换能器和铁氧体换能器。铁氧体换能器的电声转换效率比较低。一般使用一、二年后效率下降，甚**几乎丧失电声转换能力。镍片换能器的工艺复杂，价格昂贵所以**今很少使用。目前，广泛使用压电晶体换能器。这种换能器电声转换效率高，原材料价格便宜，制作方便，也不容易老化。常用的材料有石英晶体、钛酸钡（BaTiO3）和锆钛酸铅（PbTiZrO3，简称PZT）。石英晶体的伸缩量太小，3000V电压才产生0.01μ m 以下的变形。钛酸钡的压电效应比石英晶体大20～30 倍，但效率和机械强度不如石英晶体。锆钛酸铅具有二者的优点，一般可用作超声波清洗，探伤和小功率超声波加工的换能器。
3.6 清洗槽的设计
清洗槽由内槽和外壳组成．内槽的外表面(一般在槽底外表)粘结超声换能器，槽内盛清洗液。槽一般用耐腐蚀的不锈钢板制成，过于厚会影响声的辐射．槽的内壁，尤其是粘有换能器的辐射板要平整抛光，不能有伤痕，否则易产生空化腐蚀，缩短使用寿命．为避免被清洗工件直接与槽壁板接触而划伤，一般用镂空吊篮(网篮)或支架将清洗件悬吊在清洗液中．网篮的骨架应尽可能地小而轻，一般用不锈钢丝编成或用其它反射
性能良好的材料做成．结构上要使超声波受阻小而清洗液易于流动．内槽的尺寸要根据清洗件的大小和形状而定．清洗件的总表面积不应大于内槽的体积．粘有换能器的辐射板(如槽底板)所承受的电功率强度一般低于1．5 W／cm²(用压电换能器时．大多数应在0．5～1 w／cm²之间)．过高的强度会加速辐射板表面的空化腐蚀，同时由于过剧烈的空化所产生的气泡会影响能量传递，使远离辐射面的液体空间声强变弱而达不到均匀清洗的目的．在普通的清洗槽中，由于液面的反射，在清洗槽中会产生的驻波，使得在液体空间有些区域声压**小(波节处)，有些地方声压**大(波腹处)而造成清洗干净程度不均匀．为减少驻波的形成，有时清洗槽的形状要特别设计，或采取其他措施，例如扫频工作方式．清洗件在槽中的排列要有一定的间隔，而**窄小的面应朝向换能器的辐射面，以免妨碍声辐射到整个清洗槽空间。内槽尺寸为400×360×200mm，超声波功率为500W；外槽尺寸为420×490×380mm；超声波发生器电路箱为224×100×135mm，由六个直径为4.5毫米的螺纹固定。其结构如图3.6所示#p#分页标题#e#
 
 
图3.6 清洗槽结构

4 综合调试

4.1 软件调试

系统软件设计采用模块化设计，主要包括中断主程序、入口程序、定时器0中断程序、倒计时显示子程序、超声波发射子程序、延时子程序和报警子程序设计等。
（1）主程序流程图
主程序shou先要对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式，置位总中断允许位EA并清计数器，然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲。
 
图4.1 程序主流程图
为了避免超声波发射器引起的直射波，需要延时0.1ms后才可打开外部中断0的超声波信号。由于采用的是12MHz的晶振，计数器每计一个数就是0.5μs，所以当主程序检测到标志位后，调用振动子程序**后显示在LED上，主程序流程图如图4.1所示。
（2） 中断子程序及流程图
当超声波发送脉冲波后，在程序中定义为外部中断0，INT0中断在程序中的作用是形成中断进行跳转进入中断子程序，能够实现在程序设计上的思维，使整个程序符合逻辑设计。中断子程序流程图如图4.2所示。在程序中应注意进中断时变量的保存及出中断时变量的恢复。当有外部中断时，为避免进入中断死循环，必须在退出中断子程序时用软件清除该标志位。系统在进入中断时会自动关中断，之后进入处理子程序。接收中断后，读取定时器值，设置标志位。
 

图4.2 中断子流程图
(3) 按键扫描程序流程图
   按键扫描程序流程图如图4.3所示，该程序部分完成对按键的扫描，组合键码值返回，由于按键的公共端接低电平，所以当按键I/O口为低电平时，证明有按键按下，所以进入程序后先将P1口即按键的接口，全部置1，然后通过if((P1&0xff)!=0xff)；来判断是够有按键动作，将P1口与0XFF，如果值不等于0XFF，则证明有按键动作，然后经过20ms的延时，再次使用该语句进行一次判断，如果确实有按键按下，则此语句成立，将进入键码值提取提取，加入按键1按下则编码值为01111111，为0X7F，为了便于观察与调试将该键码值取反，则为0X80，将该按键编码返回，然后执行查询程序进行按键的查询，查询后进行按键执行程序的执行。
 
 
图4.3 按键扫描流程图

4.2 硬件调试

本系统主要根据显示设置，来判断清洗的功率及倒计时的设定，来进行相应的清洗操作。其按键操作如下：上排四个按键由左**右依次为设置键、确认键、加操作键、减操作键。

 
图4.4 上电显示图
刚开始上电操作如图4.4：
当将输入端分别连接直流5V电源正负两端时，系统便会自动启动，1602显示器会显示“welcome  please set up”,就可以开始设置清洗功率及倒计时时间了。
 
图4.5  35w档位初始化
如图4.5所示为35W档位，及定时5分钟后开始清洗。这是默认的程序设置档位，在系统自动初始化结束之后便会出现该窗口显示，如选择默认设置程序，可点击确认键直接开始工作。

图4.6 35w档位开始倒计时
如图4.6所示，选择默认设置后，计时器会间隔10s倒计时，5分钟结束后系统自动停止工作，左侧35W功率指示灯发光显示系统开始工作。

图4.7 倒计时时间设置
如图4.7如需调整设置，按下确认键，系统停止工作，然后点击设置键，会出现时间设置菜单，有1分钟、1.5分钟、5分钟、10分钟四种选择，按照所需时间，点击相应加减操作键进行设定。

图4.8 功率设置
当进行完倒计时设置后，点击确认按键，继续设置功率档位，该档位有35W和60W两种选择，点击相应加减操作键进行选择，选择完毕后点击确认键，确认无误后在次点击确认键，倒计时功能启动，左侧60W功率指示灯发光显示系统正在工作。

结  论

通过几个月的努力，在老师的悉心指导下，通过自己的努力，终于完成了基于单片机的超声波清洗机的设计。
毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会。通过这次对基于单片机的超声波清洗机的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，设计的实践锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我综合运用文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平。#p#分页标题#e#
该设计的硬件结构简单，集成度高，工作可靠，测试稳定，显示准确清晰，使人一目了然。经过测试，各部分运行正常，成功地达到了硬件设计要求。
通过与硬件电路的结合，对程序的测试与调试，**终是程序能够正常运行，实现了运用超声波清洗器件的功能。
总之，整个系统的工作状态良好，完成了设计任务的全部要求。
在这次的设计后我了解到，非接触测量在当今的社会发展当中已经变得十分重要，而超声波作为非接触测量的一种方法，已经在很多*域得到应用。本设计已经成功完成，但仍然存在着很大的改进空间。

致  谢

在论文完成之际，我shou先要向我的导师表示**真挚的谢意。论文写作期间，给了我很多帮助和指导，使我得以顺利完成论文。
在这几个月毕业设计的学习和工作中，遇到了很多困难，导师的精心指导和培养使我在各个方面都受益非浅，在分析问题、解决问题及独立工作的能力有了很大的提高。在此期间，老师提出了很多有益的建议并给予我很大帮助。在本文的课题研究及写作过程中，也给予了大力支持。在此谨向老师表示衷心的感谢。
在这个学习氛围活跃、团结友爱的集体里，大家互相帮助，彼此讨论问题，共同提高。在此也要感谢我的各位学友，有了大家的支持和帮助使得论文研究工作得以顺利的进行。
**后，再次向老师以及帮助过我的同学们表示**真诚的谢意。

参考文献

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[12] Philips Semiconductors Datasheet. Low powerful dual voltage comparator LM393[S]，2001 

附录A  英文原文

This design with the 40MHz system clock as a micro-step process clock, according to the clock beat the establishment of various control logic. The design of the micro-program is through "painting wave" method to compile out. Since the control memory is stored in the logic control signals, while the control signal is a high-low sequence (of course also includes information on rising and falling edges), so the use of control waveforms to represent the control logic is the most intuitive way of using the waveform Draw the control logic of the most easy to understand, the most easy to maintain. The establishment and maintenance of micro-program in a text file to, and use dotted lines on behalf of designated high, with low solid line represents the next draw.
This method is mainly used for the preparation of measurement and control when the data is temporarily stored, a smaller memory space for storing the data in terms of that if several sets of data collected averaged as the sampling results may be avoided due to interference in the acquisition undermined the authenticity of the data; if stored in the random data from memory loss due to interference or data changes, you can set the memory area in the random inspection signs; in order to reduce interference on the destruction of random memory area can be random access memory chip write signal line increases triggering device only when the CPU write data only hair. Software, there are many anti-jamming measures, such as digital filtering program, anti-narrow pulse delay procedures, the logic state of the authenticity of the judge and so on. Sometimes, you must use a combination of software and hardware approach to suppress interference, commonly used approach is to set a timer to protect the program to work correctly.
In recent years, electronic instruments toward "light, thin, short and small" and the multi-functional, high performance and low cost direction. Plastic box, plastic parts or panels are widely used in electronic devices, the result of electromagnetic waves pass easily through the outside shell or panel of the instrument harmful interference with normal work, while the instrument produced by electromagnetic waves, but also very easy to radiation into the surrounding space affecting the normal operation of other electronic devices. In order to make such electronic equipment to meet the electromagnetic compatibility requirements, it is in practice, the developed process plastic metal processing methods, such as zinc sputtering, vacuum plating (AL), electroplating or chemical copper plating, paste, metal foil ( Cu or AL) and coated with conductive coatings. Absorption, transmission and attenuation characteristics of electromagnetic waves, electromagnetic interference shielding and thus play a role. Practical applications, the use of conductive paint for shielding coatings will act excellent performance and reasonable prices. Shielding where needed, made of a closed conductive shell and grounding into two different kinds of electromagnetic waves inside and outside separated. Practice has shown that, if the shielding material can reach (30 ~ 40) dB or more attenuation of the shielding effect, is a practical and feasible.#p#分页标题#e#
As electronic technology, widely used, and various kinds of interference radiation devices are complex, to the complete elimination of electromagnetic interference is impossible. However, under the principle of electromagnetic compatibility, you can take a number of technical measures to reduce the electromagnetic interference, so that electromagnetic interference control to a certain range, thus ensuring the compatibility of systems or equipment, for example, communication systems were originally designed, it should be a rigorous on-site radio testing, targeted to select the frequency and polarization, to avoid radar, mobile communications clutter interference; high-voltage select a path, we should try to bypass the radio (stations), or take advantage of receiving lots of topography, surface features shield; receiving equipment and industrial interference source equipment is properly configured, so that the receiving device with a variety of industrial sources of interference from a certain distance; in microwave circuit design, in order to reduce the interference, the antenna can be used adjust the high and low points microwave circuit reflection point, and the use of mountain block reflected waves, so they can not interfere with the formation of the direct wave. In addition, the microwave tower is independent of the tall buildings should be used to improve the grounding, shielding measures such as lightning.
Ultrasonic verbiage effect refers to the tiny bubbles with liquid exist under the action of nuclei in ultrasonic, experience the sparse and compression phase ultrasonic, volume growth, shrinkage, renewable rise, again contraction, multiple seasonal shock asunder, and eventually the dynamic process of high speed. This process occurs within the time extreme, the Chinese dress rose sharply, after gas compression in its seasonal shock especially collapse process, can produce transient enormous of high temperature and high pressure air bubble inside, and make the gas and liquid medium of cracking interface. Recent studies show that cavitation reactions occur predominantly in the 100 ~ 1000kHz within the scope of medium frequency, and the high frequency, liquid 1MHz above acoustic wave in the micro jet and bubbles produced a stable, not broken.
Change again, ultrasonic were mainly used in cleaning process and catalytic process, its principle is ultrasonic cavitation occurred when the fluid, can produce high shear forces.
In cleaning applications:
When compressed collapse of bubbles in the high temperature and high pressure produced by reducing the dirt fish shock between washing pieces of adhesion, cause bilge of damage and from; Meanwhile bubble can also "bore into the" gap and cracks in vibration, make dirt fall off, therefore suitable for complicated shape parts cleaning.
The application in catalytic process
Because hot air produce high temperature and high pressure coincided with a strong shock wave and speed will enter the micro jet 400km/h, of liquid - solid not homogeneous catalytic systems have very good impact, its effects include the following aspects: first shockwave and micro jet can continually cleaning divest catalyst of reactant and impurities surface adsorption, strong may be erosion solid surface when; Then cause molecules colliding between strong gather, is catalysis and reflect activity level structure and composition of the significant changes; The third strengthening mass transfer process. Do one, ultrasonic accelerated the process of chemical reactions.
Ultrasonic application in water treatment
Ultrasonic radiation can in liquid produce distinctive physical chemistry, it integrates advanced oxidation, burning and supercritical water oxidation and so on many kinds of water treatment series features and a suit, at the same time with the sterilization effect, cutting operation is simple and easy, degradation speed, can live alone with other technology in water treatment on joint, extremely potential application.
To contain the organic wastewater treatment
Ultrasound technology can be used in the treatment of various hard-degradation waste, at present to monocylic aromatic compounds, pahs, phenols, chlorinated hydrocarbons, chlorinated hydrocarbon, organic acids, the dye, alcohols, ketone and so on many kinds of material research, and achieved good effect.
Drinking water treatment
Our drinking water supply 25% water and reservoir water lake, since 1990s, is increasingly severe eutrophication, water hua occurrence frequency and severity a rapid increase trend. So it is necessary to serious water pollution on the application of the region ultrasonic pretreatment water. Ultrasonic on algae are at level 1 reaction kinetics, has good removal efficiency, high frequency ultrasound can accelerate the speed of response place algae.
Ultrasonic technology than light, heat, chemical methods more directly, can and disinfection disinfectant are used together, to be disinfected, and greatly reduces the disinfectant dosage. As older wave of conventional disinfectant mosquito larvae of chlorine, ozone, hydrogen peroxide solution has a strong resistance, some southern waterworks research found that ultrasonic wave can effectively remove the mosquito larvae wave in waterworks.
In the application of ultrasonic sludge treatment
The influence of sludge dewatering properties
Ultrasonic can significantly improve sludge dewatering properties, flocculation is the important reason of sludge reduction. Ultrasound is the sludge particles retrogradation ofmechanically medium enhancement, simultaneously changed sludge viscous and charged situation, destroy the sludge colloid flocculent body structure, make the sludge viscosity and grain boundary effect is reduced, is the effective collision of sludge particles increases, effectively reduce the sludge, thus improving the water together, is lactobacillus colonisation sludge than resistance is reduced, the sludge dewatering more easily military sludge role.#p#分页标题#e#
Ultrasonic degradation of organic wastewater, technology of drinking water and sludge, has the extensive applicability, it can be used alone, also can be combined with other water treatment technology use, as long as the right conditions, organic matter can be completely ore into carbon dioxide and inorganic ions. It is a kind of environmental friendly water treatment technology, have good development and application prospect.
Ultrasonic cleaning is a branch of the largest power ultrasound, the mechanism research and equipment development and cleaning process research and application in our country about 50 years of history, is almost and foreign synchronism. Now, with the deepening of reform and opening up the rapid development of national emergency, and scientific and technological progress, ultrasonic cleaning technology research have developed rapidly, there was some new characteristics.
Since always, acoustic cavitation is considered to be the main motivation, ultrasonic cleaning with about 1MHz now found 3MHz even when the high-frequency cleaned, the main mechanism is not cavitation, but high frequency pressure wave flushing effect. At this time due to too frequently, it is difficult to happen sound in a waffle, cleaning the cleaning principle generally think mainly due to the pressure gradient, particle velocity and acoustic flow role.
Acoustic cavitation single bubble theory with the comparatively solid foundation, but now found in many practical system, empty bubble cannot be displayed by single bubble theory establishment of a single entity model, the whole cavitation bubble number affecting cavitation effect and sound field. So have put forward the concept of cavitation structure, place cavitation bubble were force. Cavitation structure is some same size, speed and oneself also is in shock of the cavitation bubble of non-uniform concentration by the formation of the structure.
More research ultrasonic some kei avoid magnetic temperature is the effect of ultrasound clean quality
One of the most important factors, while cavitation bubble closed produces local high temperature and high pressure cleaning, like the temperature rising, temperature, cavitation causes cavitation nuclear increase advantageous, cleaning effect is poor.
Ultrasonic cleaning, cleaning is indispensable, cleaning effect, quality and detergent has the very big relations. In certain concentration range, ultrasonic irradiation can cause fluid surface tension is reduced, although its influence and sample solution and its physical and chemical properties of the concentration of relevant, but its surface tension in a concentration separately reduce to a minimum.
Ultrasonic cleaning process will produce cavitation noise, long-term in this working environment of personnel, may cause health declined, work ability reduce etc.
Ultrasonic anti-scaling aspects though in some development, but also not into the perfect, and is developing fast, theory application development lags behind. By ultrasonic and chemical reagents such as combining the sound development of chemical antiscale and its theory needs further development, in order to guide the application. And how to influence put a dog effect a factor of research, etc.

附录B  译 文

本设计用40MHz的系统时钟作为微程序的步进时钟，按时钟节拍进行各控制逻辑的编制。本设计的微程序是通过“画波形”的方法编制出来的。既然控制存储器中存储的是控制信号的逻辑，而控制信号是高低电平的序列（当然也包括上升沿和下降沿的信息），所以使用控制波形来表示控制逻辑是**直观的方法，使用波形画出的控制逻辑**容易理解，**容易维护。微程序的编制与维护在一个文本文件中进行，用上划虚线代表高电平，用下划实线代表低电平。
这种方法编制主要用于测量和控制时数据的暂时存放，内存空间较小，对存放的数据而言，若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果，可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性；如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化，可以在随机内存区设置检验标志；为了减少干扰对随机内存区的破坏，可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置，只有在CPU写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多，如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候，必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰，常用的办法是设置一个定时器，从而保护程序正常运行。
近年来，电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上，于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板，对仪器的正常工作产生有害的干扰，而仪器所产生的电磁波，也非常容易辐射到周围空间，影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求，人们在实践中，研究出塑料金属化处理的工艺方法，如溅射镀锌、真空镀（AL）、电镀或化学镀铜、粘贴金属箔（Cu或AL）和涂覆导电涂料等。经过金属化处理之后，使完全jue缘的塑料表面或塑料本身（导电塑料）具有金属那样反射（如手机）。吸收、传导和衰减电磁波的特性，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。实际应用中，采用导电涂料作屏蔽涂层，性能优良而且价格适宜。在需要屏蔽的地方，做成一个封闭的导电壳体并接地，把内外两种不同的电磁波隔离开。实践表明，若屏蔽材料能达到（30～40）dB以上衰减量的屏蔽效果时，就是实用、可行的。
由于电子技术应用广泛，而且各种干扰设备的辐射很复杂，要完全消除电磁干扰是不可能的。但是，根据电磁兼容性原理，可以采取许多技术措施减小电磁干扰，使电磁干扰控制到一定范围内，从而保证系统或设备的兼容性，例如，通信系统**初设计时，就应该严格进行现场电波测试，有针对性地选择频率及极化方式，避开雷达、移动通信等杂波干扰；高压线选择路径时，应尽量绕开无线电台（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收设备与工业干扰源设备适当配置，使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离；在微波通信电路设计中，为了减少干扰，可采用天线高低站方式调整微波电路反射点，并利用山头阻挡反射波，使之不能对直射波形成干扰。另外，微波铁塔是独立的高大建筑物，应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。#p#分页标题#e#
     电磁兼容性是电子设备或系统**重要性能之一。电子设备的电磁兼容性设计是一项复杂的技术任务。它不存在**的解决方法。电磁兼容技术设计面很广，电磁兼容*域也正在发展，重要的是掌握有关电磁兼容的基本原理，认真分析和实验，选择合适的解决问题的方法，就能实现EMC的要求。
超声波的空话效应是指存在与液体中的微小泡核在超声波作用下，经历超声的稀疏相和压缩相，体积生长、收缩、再生涨、再收缩，多次周期性震荡，**终高速度崩裂的动力学过程。此过程发生时间极端，旗袍内的气体受压后急剧升温，在其周期性震荡特别是崩溃过程中，会产生瞬态的极大的高温、高压，并使气泡内的气体和液体界面的介质裂解。**近研究表明，空化反应主要发生在100~1000kHz的中等频率范围内，而1MHz以上的高频，液体中声波产生的微射流和气泡较稳定，不会破碎。
    再换共方面，超声波主要应用在清洗过程和催化过程中，其原理是超声波发生空化时，会产生很高的流体剪切力。
在清洗方面的应用：
草声波空化在除油去污方面有着非常广泛的作用。气泡在被压缩崩溃时产生的高温高压冲击波减小了污垢鱼被清洗件之间的粘着力，引起污垢的破坏和脱离；同时气泡还可“钻入”缝隙和裂缝中震动，使污垢脱落，因此适用于形状复杂零件的清洗。
在催化过程中的应用
由于空话产生高温高压同时伴随着强烈的冲击波和速度将进400km/h的微射流，对液—固非均相催化体系起到很好的冲击作用，其影响包括以下几个方面：1 冲击波和微射流可不断清洗剥除催化剂表面吸附的反应物和杂质，强烈时则可侵蚀固体表面；2 导致分子间强烈的相互碰撞和聚集，是催化的结构、组成级反映活性产生显著的变化；3 强化传质过程。做一，超声波加快了化学反应的进程。
超声波在水处理中的应用
超声波辐射可在液体中产生独特的物理化学效应，它集**氧化、焚烧和超临界氧化等多种水处理级数特点与一身，同时伴有杀菌消毒功效，切操作简单方便，降解速度快，可单独活与其他工艺联合，在水处理上**应用潜力。
对含有机物废水的处理
超声技术可用于处理各种难降解的废水，目前以用于单环芳香族化合物，多环芳烃，酚类，氯化烃、氯代化烃、有机酸、染料、醇类、酮类等多种物质的研究，并取得良好的效果。
饮用水处理
我G饮用水水源25%是湖泊水和水库水，20世纪90年代后，水体富营养化现象日益严重，水华发生的频率和严重程度呈迅猛增加趋势。所以有必要对水体污染严重的地区的应用水进行超声波预处理。超声波对藻类均按一级反应动力学进行，具有较好的去除效果，高频率超声波能够加快藻类去处的反应速度。
超声波技术比光，热，化学等方法消毒更直接，可以和消毒剂一起使用，对自来水进行消毒，而大大减少了消毒剂用量。如大龄摇蚊幼虫对常规的消毒剂氯气、臭氧、双氧水有很强的抵抗力，南方一些自来水厂研究发现超声波可以有效去除水厂里的摇蚊幼虫。
超声波在污泥处理中的应用
对污泥脱水性能的影响
超声波能够明显改善污泥絮凝脱水性能，是污泥减量化的重要原因。超声波是污泥中的流态介质颗粒沉降性提高，同时改变了污泥的粘性和带电状况，破坏了污泥的胶体絮体结构，使污泥粘滞性及颗粒的边界层效应降低，是污泥颗粒的有效碰撞增强，有效降低污泥中的结合水，从而改善了污泥的过滤性，是污泥比阻降低，上述作用军事污泥更易于脱水。
超声降解技术对各类有机物污水、饮用水、污泥，具有广泛的适用性，它可以单独使用，也可以与其他水处理技术联合使用，只要条件合适，有机物可以被彻底矿化为二氧化碳和无机离子。它是一种环境友好的水处理技术，具有良好的发展和应用前景。
超声清洗是功率超声**大的一个分支，其机理研究及设备开发与清洗工艺研究及应用在我G已有近50年的历史，几乎是与G外同步进行的。现在随着改革开放的深入和G民紧急的飞速发展，以及科技的不断进步，超声清洗技术的研究得到了迅速发展，出现了一些新的特点。
一直以来，声空化被认为是超声清洗的主要动力，现在发现用1MHz左右甚**3MHz的高频进行清洗时，主要机制不是空化，而是高频压力波的冲洗作用。此时由于频率太高，声波在清洗液中很难发生空话，其清洗原理一般认为主要由于声压梯度、粒子速度及声流的作用。
声空化的单泡理论已有比较坚实的基础，但现在发现在许多实际系统中，空泡不能表现出通过单泡理论建立的单个的实体模型，整个空化泡数目影响着空化效应以及声场。故而有提出了空化结构的概念，之处空化泡所受的力。空化结构之的是有一些大小相同，速度各异且自身也在震荡的空化泡的非均匀集聚所形成的结构。
更多的研究超声波庆忌的一些磁效应温度是影响超声清洗质量
的一个重要因素，而空化泡闭合时会产生局部高温高压，似的清洗液的温度不断升高，温度升高，空化核增多对产生空化有利，清洗效果差。
超声清洗中，清洗剂是必不可少的，清洗的效果，质量与清洗剂有很大关系。在一定浓度范围内，超声辐照会引起流体的表面张力降低，虽然其影响程度和试样溶液的浓度及其物理化学性质有关，但其表面张力都分别在某一浓度上降低到**小。#p#分页标题#e#
超声清洗过程中会产生空化噪声，长期处于这种工作环境中的工作人员，可能会引起健康状况下降，工作能力降低等。
超声波在防垢方面虽然有一定发展，但还不进完善，而且是应用发展较快，理论发展比较滞后。如由超声波和化学试剂结合而发展的声化学防垢，其理论需要更进一步的发展，以便指导应用。又如何影响放狗效果的个因素的研究等等。

附录C  系统设计原理图及PCB图

 
 
 
 
 
 

附录D  程序清单

#include <reg52.h> //器件配置文件
#include<stdio.h> //标准输入输出
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define Data  P0//数据端口
 
sbit on_stop=P1^6;
sbit up=P1^4;
sbit down=P1^5;
sbit menu=P1^3;
sbit RS = P1^0; //Pin4
sbit RW = P1^1; //Pin5
sbit E  = P1^2; //Pin6
 
sbit led_35w=P2^0;
sbit led_60w=P2^1;
 
sbit chaoshengbo=P1^7;
 
uint flag_1s=0;
uint second=0;
uint minute=5;
 
uchar dingshi_time=1;
uchar power_flag=1;
uchar on_off_flag=0;
 
char data TimeNum[]="                ";
char data Test1[]="                  ";
 
uint sudu_time=350;
/******************************************************************/
/*                    函数声明                                    */
/******************************************************************/
/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数                                */
/******************************************************************/
void DelayUs(unsigned char us)//delay us
{
 unsigned char uscnt;
 uscnt=us>>1;        /*12MHz频率*/
 while(--uscnt);
}
/******************************************************************/
/*                    毫秒函数声明                                */
/******************************************************************/
void DelayMs(unsigned char ms)
{
 while(--ms)
   {
     DelayUs(250);
     DelayUs(250);
 DelayUs(250);
 DelayUs(250);
   }
}
/******************************************************************/
/*                   写入命令函数                                 */
/******************************************************************/
void WriteCommand(unsigned char c)
{
 DelayMs(5);//操作前短暂延时，保证信号稳定
 E=0;
 RS=0;
 RW=0;
 _nop_();
 E=1;
 Data=c;
 E=0;
}
/******************************************************************/
/*                   写入数据函数                                 */
/******************************************************************/
void WriteData(unsigned char c)
{
 DelayMs(5);  //操作前短暂延时，保证信号稳定
 E=0;
 RS=1;
 RW=0;
 _nop_();
 E=1;
 Data=c;
 E=0;
 RS=0;
}
/******************************************************************/
/*                   写入字节函数                                 */
/******************************************************************/
void ShowChar(unsigned char pos,unsigned char c)
{
 unsigned char p;
 if (pos>=0x10)
    p=pos+0xb0; //是第二行则命令代码高4位为0xc#p#分页标题#e#
 else
    p=pos+0x80; //是第二行则命令代码高4位为0x8
 WriteCommand (p);//写命令
 WriteData (c);   //写数据
}
/******************************************************************/
/*                   写入字符串函数                               */
/******************************************************************/
void ShowString (unsigned char line,char *ptr)
{
 unsigned char l,i;
 l=line<<4;
 for (i=0;i<16;i++)
  ShowChar (l++,*(ptr+i));//循环显示16个字符
}
/******************************************************************/
/*                   初始化函数                                   */
/******************************************************************/
void InitLcd()
{
 DelayMs(15);
 WriteCommand(0x38); //display mode
 WriteCommand(0x38); //display mode
 WriteCommand(0x38); //display mode
 WriteCommand(0x06); //显示光标移动位置
 WriteCommand(0x0c); //显示开及光标设置
 WriteCommand(0x01); //显示清屏
}
/******************************************************************/
/*                    延时函数                                    */
/******************************************************************/
void Delay(unsigned int i)//延时
{
 while(--i);
}
/******************按键消抖**************************/
void xiaodou()
{
Delay(5000);
Delay(5000);
Delay(5000);
Delay(5000);
Delay(5000);
Delay(5000);
Delay(5000);
Delay(5000);
Delay(5000);
}
/******************定时模式case**************************/
void dingshi_time_cases()
{
switch(dingshi_time)
{
case 1:
sprintf(TimeNum,"1 minute        ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,TimeNum);
minute=1;second=0;
break;
case 2:
sprintf(TimeNum,"2 minutes       ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,TimeNum);
minute=2;second=0;
break;
case 3:
sprintf(TimeNum,"5 minutes       ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,TimeNum);
minute=5;second=0;
break;
case 4:
sprintf(TimeNum,"10 minutes      ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,TimeNum);
minute=10;second=0;
break;
}
}
/******************功率模式case**************************/
void power_cases()
{
switch(power_flag)
{
case 1:
sprintf(TimeNum,"35 W            ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,TimeNum);
break;
case 2:
sprintf(TimeNum,"60 W            ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,TimeNum);
break;
}
}
/*********************************************************/
void  main(  void  )
{
uchar menu_flag=0;
 
TMOD=0x12;
EA=1;
TR1=1;
TR0=1;
ET0=1;
TH0=0xED;
TL0=0xED;
//ET1=1;
TH1=0x4C;
TL1=0x00;
InitLcd();         //初始化LCD
DelayMs(15);       //延时保证液晶信号稳定 
 
sprintf(Test1,"Welcome!        "); //打印输出**行信息
ShowString(0,Test1);
sprintf(TimeNum,"Please set up!  ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,TimeNum);
 
while(1)
{
if(on_off_flag==0)
{
if(menu==0)
{
while(1)
{
if(menu==0)
{
xiaodou();
menu_flag++;
if(menu_flag==1)
{
sprintf(Test1,"ding shi time:  "); //打印输出**行信息
ShowString(0,Test1);
dingshi_time_cases();
}
if(menu_flag==2)
{
sprintf(Test1,"Select power:   "); //打印输出**行信息
ShowString(0,Test1);
power_cases();
}
if(menu_flag==3)
{
menu_flag=0;
sprintf(Test1,"Press the button"); //打印输出**行信息
ShowString(0,Test1);
sprintf(Test1,"to start!       "); //打印输出**行信息
ShowString(1,Test1);
break;
}
}
if(up==0)
{
xiaodou();
if(menu_flag==1)
{
dingshi_time++;
if(dingshi_time==5)
{
dingshi_time=4;
}
dingshi_time_cases();
}
if(menu_flag==2)
{
power_flag++;
if(power_flag==3)
{#p#分页标题#e#
power_flag=2;
}
power_cases();
}
}
if(down==0)
{
xiaodou();
if(menu_flag==1)
{
dingshi_time--;
if(dingshi_time==0)
{
dingshi_time=1;
}
dingshi_time_cases();
}
if(menu_flag==2)
{
power_flag--;
if(power_flag==0)
{
power_flag=1;
}
power_cases();
}
}
}
}
}
if(on_stop==0)
{
xiaodou();
on_off_flag++;
if(on_off_flag==1)
{
ET1=1;
if(power_flag==1)
{
sprintf(TimeNum,"Power:35 W      ");//打印输出**行信息
ShowString(0,TimeNum);
led_35w=0;
led_60w=1;
}
if(power_flag==2)
{
sprintf(TimeNum,"Power:60 W      ");//打印输出**行信息
ShowString(0,TimeNum);
led_35w=1;
led_60w=0;
}
if(second<10)
sprintf(Test1,"%d%c%c%d%s",minute,':','0',second,"            "); //打印输出第二行信息
else
sprintf(Test1,"%d%c%d%s",minute,':',second,"            "); //打印输出第二行信息
ShowString(1,Test1);
}
if(on_off_flag==2)
{
on_off_flag=0;
led_35w=1;
led_60w=1;
sprintf(TimeNum,"Stop!           ");//打印输出第二行信息
ShowString(0,TimeNum);
sprintf(TimeNum,"Stop!           ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,TimeNum);
ET1=0;
}
}
}
}
//-------------------------------------------------
void time_50ms() interrupt 3
{
TH1=0x4C;
TL1=0x00;
flag_1s++;
if(flag_1s==200)
{
flag_1s=0;
//second=second-10;
if(second<=0)
{
if(minute!=0)
{
second=60;
minute--;
}
else
{
second=0;
}
}
if(second!=0)
second=second-10;
if(second<10)
sprintf(Test1,"%d%c%c%d%s",minute,':','0',second,"            "); //打印输出第二行信息
else
sprintf(Test1,"%d%c%d%s",minute,':',second,"            "); //打印输出第二行信息
ShowString(1,Test1);
if((minute==0)&&(second==0))
{
ET1=0;
sprintf(Test1,"Set up again    "); //打印输出**行信息
ShowString(0,Test1);
sprintf(Test1,"Or stop!        ");//打印输出第二行信息
ShowString(1,Test1);
}
}
}
//-------------------------------------------------
void time_25kHz() interrupt 1
{
chaoshengbo=~chaoshengbo;
}
//-------------------------------------------------        
 
 

附录E  元器件清单

Comment	Designator	Footprint	Quantity
	C1, C2, C3, C4, C5	RAD-0.3	5
Cap	C6, C7, C8, C9, C11, C12, C13	CAPR5-4X5	7
Cap Pol2	C10	CAPR5-4X5	1
	D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12	SOT-23	12
LED2	D13, D14	3.2X1.6X1.1	2
D Connector 9	J1	DSUB1.385-2H9	1
Inductor	L1	0402-A	1
1602液晶	P1	HDR1X16H	1
Header 9	P2	HDR1X9	1
MOSFET-N4	Q1	SOT-343	1
NPN	Q2, Q4	TO-226	2
	Q3	SOT-343	1
Res2	R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8	AXIAL-0.4	8
es Tap	R9	VR3	1
	R10, R11, R12, R13, R14, R15	AXIAL-0.3	6
Res2	R16	AXIAL-0.3	1
SW-PB	S1, S2, S3, S4	KEY	4
	T1, T3	TRF_4	2
Trans3	T2	TRF_6	1
80C52	U1	DIP40	1
MAX232	U2	DIP-16	1
11.0592M	Y1	XTAL1	1
	换能器1	PIN2	1

 #p#分页标题#e#
 
附录F  系统设计实物图