农用超声波发生器的设计

　　自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。超声波发生器的发展与工农业的发展相伴相生，应用十分广泛，本设计的超声波发生器是利用单片机生成初始信号，然后经过一系列处理电路的作用后生成用来杀灭水蚤的超声波，成本低、效果好，可以在农业上加以采用。在此对3个模块进行设计：

　　(1)信号发生模块。12 MHz的8051单片机硬件连接及其程序设计。

　　(2)信号处理模块。驱动电路设计(CD4069非门集成芯片);倍频电路设计(S9014或ECGl08三极管、104普通电容、11 257.9 nH自制电感、1 kΩ电阻);整波电路设计(CD4069非门集成芯片);和频电路设计(CD4081与门集成芯片);选频电路设计(S9014或ECGl08三极管、104普通电容、112.58 nH自制电感、1 kΩ电阻)。

　　(3)信号检测模块、数字示波器的连接。

　　在上述研究基础上，设计一台超声波发生器样机，其技术指标如下：输入电压：220 VAC(50 Hz);开关频率：1.5～1.8 MHz;最大的输出功率：500 W;功率范围：50～500 W。

　　1 信号发生模块的设计

　　选取一个8051单片机芯片，将晶振电路、复位电路、电源电路连接到单片机相应的引脚上组成单片机的最小系统。利用单片机的中断资源和I/O口资源进行相应连接并进行程序编辑：用P3.2口控制初始信号的发射与否，用P0.O口、P0.1口发射初始信号，如图1所示。

　　2 信号处理模块的设计

　　2.1 驱动电路的设计

　　如果将两列波(0.03 MHz)直接从单片机的输出口PO.O和P0.1输出接入后面的5倍频电路，可能会由于电流小而不能驱动倍频电路。从这点来考虑就需要在单片机与倍频电路之间接入一个驱动电路，如图2所示。在单片机的一个输出口接一个非门，而后接入由4个非门并联的电路，由于非门是有源器件，这样就使得输入倍频电路的信号能量大大提高，起到驱动电路的功能(若用方波发生器来代替单片机就可省略驱动电路)。

　　2.2 倍频电路的设计

　　根据电容电感元件的基本特性，以及电路的相关知识可以由已知条件得出：

　　如图3所示，当在LC并联电路中发生并联谐振时，由电路的特性可知：

　　并联谐振具有下列特征：

　　(1)谐振时电路的阻抗摸为|Zo|=1/(RC/L)=L/RC。其值最大，即比非谐振情况下的阻抗摸要大。因此在电源电压U一定的情况下，电路中的电流I将在谐振时达到最小值，即I=IO=U/(L/RC)=U/|Zo|。