【摘要】：針對傳統(tǒng)超聲波壓電陶瓷驅動電源存在驅動電源的功率與頻率調節(jié)不方便等問題,研制實現(xiàn)了一種基于ARM+FPGA的超聲波壓電陶瓷數(shù)字變頻驅動電路方案,該方案利用FPGA產生帶死區(qū)的PWM波,其頻率和死區(qū)時間獨立可調、頻段為超聲波區(qū)域的方波信號;利用專用的自舉驅動芯片,驅動大功率IGBT元件。功率驅動電路采用H橋拓撲結構,通過利用變壓器實現(xiàn)變壓與功率輸出;然后利用濾波電容濾波,得到超聲波壓電陶瓷所需要的正弦波驅動信號,確保了該數(shù)字式變頻驅動電路頻率可調、電壓可調。主要工作包括:1)壓電陶瓷數(shù)字變頻驅動的方案設計。主要包括:主控制器模塊單元、電源模塊單元、通信模塊單元與顯示模塊單元設計。通過以ARM、FPGA、模擬電子技術為理論基礎,設計并實現(xiàn)壓電陶瓷數(shù)字變頻驅動電路;可以實現(xiàn)輸出電流和頻率可調,或電壓、功率變化的超聲波壓電陶瓷驅動系統(tǒng)。2)系統(tǒng)硬件設計。超聲波壓電陶瓷驅動系統(tǒng),硬件部分主要是壓電陶瓷控制板和壓電陶瓷驅動板的電路設計,包括CPU+FPGA電路、光耦隔離電路、IR2136S自舉升壓電路、IGBT的H橋電路、AD采集電路、LCD顯示電路、濾波等電路設計。3)ARM+FPGA的嵌入式軟件設計。分為ARM-CPU的程序設計,和FPGA硬件描述語言設計。ARM程序設計使用KEIL C語言,包括人機交互程序、SPI通信程序、A/D采集程序,控制程序等;FPGA的程序設計包括PWM波輸出、SPI通信、晶振倍頻設計等。實驗結果表明,ARM和FPGA相結合的方法可以實現(xiàn)超聲波壓電陶瓷的數(shù)字化輸出,產生死區(qū)可調的PWM波,實現(xiàn)自動檢測、控制輸出電流和頻率。在工業(yè)清洗、工業(yè)焊接、金屬加工等領域有一定的實用價值。
【圖文】：

圖１．１微型超聲波驅動器逡逑技術的研宄起步晚，工藝水平與國外在該領磁致伸縮換能器、壓電換能器、大功率超大學、國防科技大學、浙江大學、吉林工業(yè)波技術的研究［１＿６］。內容涉及超聲波驅動原算、超聲波驅動電路研究、超聲波輸出控制。其中，哈爾濱工業(yè)大學為了解決工業(yè)中超進行研究推進創(chuàng)新走質量領先之路，提出了波焊接工藝參數(shù)波動包括下降速度、焊接時保持壓力，接頭質量的一致性差的問題，義。逡逑國實現(xiàn)改革開放以來，市場活躍性增強，這一

．＇：．邋ｊ逡逑圖１．１微型超聲波驅動器逡逑我國開始對超聲波技術的研宄起步晚，工藝水平與國外在該領域的研究水平存在一逡逑段距離，主要研究超聲波磁致伸縮換能器、壓電換能器、大功率超聲波換能器等。先后有逡逑清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、國防科技大學、浙江大學、吉林工業(yè)大學等多家綜合實力逡逑強的大學開展了對超聲波技術的研究［１＿６］。內容涉及超聲波驅動原理、超聲波頻率輸出、逡逑超聲波諧振頻率匹配計算、超聲波驅動電路研究、超聲波輸出控制方法以及超聲波驅動逡逑樣機的研制和測試實驗。其中，，哈爾濱工業(yè)大學為了解決工業(yè)中超聲波焊接產品大規(guī)模逡逑生產投入了大量人力進行研究推進創(chuàng)新走質量領先之路，提出了超聲能量模式控制技逡逑術，致力于解決在超聲波焊接工藝參數(shù)波動包括下降速度、焊接時間、諧振頻率、振幅、逡逑焊接壓力、保持時間和保持壓力，接頭質量的一致性差的問題，對保證產品質量的精準逡逑性、穩(wěn)定性具有重要意義。逡逑２１世紀初，自我過國實現(xiàn)改革開放以來，市場活躍性增強，這為超聲波技術研究利逡逑用、發(fā)展提供了生存的土壤
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM282;TN791

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本文編號：2610188