CN109620990A - 一种恒定喷雾量的超声波香薰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,包括水箱、主控模块、超声波扫频模块和水位检测模块,所述主控模块分别与所述超声波扫频模块、所述水位检测模块连接,所述水位检测模块用于检测所述水箱内水位的高度。本发明涉及超声波香薰技术领域,一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,通过水位检测模块检测水箱内水位的高度,自动调整喷雾的输出功率,进而调节喷雾量,实现稳定的喷雾速度。
Description
技术领域
本发明涉及超声波香薰技术领域,尤其涉及一种恒定喷雾量的超声波香薰装置。
背景技术
由于超声波雾化片存在谐振频率的个体差异,现有的采用CPU追频驱动的他激式超声波香薰机,是由CPU输出一定频段范围的扫频变化信号,推动MOS管及升压电感产生高压交变波形来驱动超声波雾化片工作,同时通过采样电阻将电路的工作电流转为反馈电压供CPU追频检测。当CPU检测到某一频率扫频信号所对应的反馈电压为最大值时,即视为该超声波雾化片的最佳谐振点并将它写入CPU内部的EEPROM予以锁定,从而实现追频的过程。由于采用稳压供电,当CPU追频到最佳谐振频率点后,工作电流也就相应恒定下来,而雾化片两端的交变电压峰峰值并不会随着水箱内水位高低而变化,所以如果没有换挡,超声波加湿器将一直处于恒定功率的输出工作状态,因此带来的一个问题是喷雾量会随着水位的变化而变化很大,即由于雾化片通常是安装在水箱底部,当水箱内的水位较高时,雾化片上所承受的水压大,雾化片的输出功率必须推动更多的水做功,所以喷雾水柱较低、喷雾量较小。当水箱内的水位较低时,雾化片上所承受的水压相应也小,虽然雾化片输出的功率依然还是原来那么大,由于需要推动的水减少了许多,所以喷雾量自然就明显增大;这样就造成了水多时雾偏少,水少时又雾很大,喷雾速度明显加快,不能满足匀速喷雾的要求。
发明内容
本发明旨在提供一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,通过检测水位高度调节喷雾量,实现较稳定的喷雾速度。
本发明所采用的技术方案是:一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,包括水箱、主控模块、超声波扫频模块和水位检测模块,所述主控模块分别与所述超声波扫频模块、所述水位检测模块连接,所述水位检测模块用于检测所述水箱内水位的高度。
作为上述方案的进一步改进,所述水位检测模块包括整流滤波电路和水位检测器,所述水位检测器的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接,所述整流滤波电路的输出端与所述主控模块的检测输入端连接。
作为上述方案的进一步改进,所述水位检测器设置在所述水箱的外壁,所述水位检测器包括水位检测PCB板和感应铜箔,所述感应铜箔设置在所述水位检测PCB板上,相邻两个所述感应铜箔之间具有间隙,单个所述整流滤波电路对应连接单个所述感应铜箔。
作为上述方案的进一步改进,所述超声波扫频模块包括驱动喷雾电路,所述驱动喷雾电路包括第一电阻、第二电阻、第一MOS管、升压电感、第一电容和超声波雾化片,所述主控模块包括用于输出扫频信号的信号输出端,所述主控模块的信号输出端通过连接第一电阻与第一MOS管的栅极连接,所述升压电感的第一输入端与电源电压连接,所述升压电感的第二输入端与第一MOS管的漏极连接,所述升压电感的输出端通过串联第一电容与所述超声波雾化片的一端连接,所述超声波雾化片的另一端连接第一MOS管的源极,所述第一MOS管的栅极通过第二电阻与第一MOS管的源极连接。
作为上述方案的进一步改进,所述超声波扫频模块还包括采样电路,所述主控模块包括采样输入端,所述采样电路包括第二电容、第三电容、第三电阻和第四电阻,所述第一MOS管的源极通过串联所述第三电阻连接电源地,所述第二电容与所述第三电阻并联,所述第二电容的一端通过串联第四电阻与所述主控模块的采样输入端连接,所述主控模块的采样输入端通过连接所述第三电容与电源地连接。
作为上述方案的进一步改进,所述超声波扫频模块还包括直流稳压电路,所述直流稳压电路包括第四电容、第五电容,所述第四电容与所述第五电容分别连接与电源电压和电源地之间。
作为上述方案的进一步改进,所述整流滤波电路包括第三整流二极管、第五电阻、第八电阻、第六电容和第二三极管,所述第三整流二极管的第一输入端与所述第五电阻的一端、电源地连接,所述第三整流二极管的第二输入端与所述感应铜箔电性连接,所述第三整流二极管的输出端与所述第五电阻的另一端连接,所述第三整流二极管的输出端通过串联所述第八电阻与所述第二三极管的基极连接,所述第二三极管的发射极与电源地连接,所述第二三极管的集电极与所述主控模块的检测输入端连接,所述第六电容的一端与所述第二三极管的基极连接,所述第六电容的另一端与所述第二三极管的发射极连接。
本发明的有益效果是:
一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,通过水位检测模块检测水箱内水位的高度,自动调整喷雾的输出功率,进而调节喷雾量,实现较稳定的喷雾速度,以满足用户对香薰装置匀速喷雾的要求。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:
图1是本发明实施例一的恒定喷雾量的超声波香薰装置模块框图;
图2是本发明实施例一的恒定喷雾量的超声波香薰装置超声波扫频模块电路原理图;
图3是本发明实施例一的恒定喷雾量的超声波香薰装置水位检测模块电路原理图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
图1是本发明实施例一的恒定喷雾量的超声波香薰装置模块框图,参照图1,一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,包括水箱、主控模块、超声波扫频模块和水位检测模块。其中,主控模块分别与超声波扫频模块、水位检测模块连接,水位检测模块用于检测水箱内水位的高度。
本实施例中,主控模块可以是带内部EEPROM的单片机,优选的,主控模块为内部RC振荡频率至少8MHz、ROM空间至少2K的单片机,超声波扫频模块包括驱动喷雾电路和采样电路,主控模块的信号输出端与驱动喷雾电路的输入端连接,主控模块的采样输入端与采样电路的输出端连接。
图2是本发明实施例一的恒定喷雾量的超声波香薰装置超声波扫频模块电路原理图,参照图2,驱动喷雾电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一MOS管Q1、升压电感L1、第一电容C1和超声波雾化片CY1,主控模块的信号输出端PWM通过连接第一电阻R1与第一MOS管Q1的栅极连接,升压电感L1的第一输入端与电源电压+VDD连接,升压电感L1的第二输入端与第一MOS管的漏极连接,升压电感L1的输出端通过串联第一电容C1与超声波雾化片CY1的一端连接,超声波雾化片CY1的另一端连接第一MOS管Q1的源极,第一MOS管Q1的栅极通过第二电阻R2与第一MOS管的源极连接。本实施例中,第一MOS管为耐压100V的N沟道MOSFET管,可选16N10、12N10等型号,无需外加散热片。第一电阻R1可取10Ω至22Ω,以免第一MOS管Q1的MOSFET结电容充放电电流过大而损伤主控模块的信号输出端PWM,第一电阻R1不可取值过大,否则会导致第一MOS管Q1的MOSFET导通内阻过大,使喷雾输出功率明显下降。
第二电阻R2为第一MOS管Q1的下拉电阻,可取22kΩ至47kΩ,以确保关机或待机模式时第一MOS管Q1的栅极为低电平,使第一MOS管Q1处于可靠的关断状态。本实施例中,升压电感L1为三脚工字绕线电感,其耐电流应大于3A,电感量的选择需要与所连接的超声波雾化片CY1的谐振频率(即主控模块的信号输出端PWM驱动频率)相匹配,对于供电电压DC5V至DC12V、采用3MHz超声波雾化片的超声波香薰装置,升压电感L1三脚工字电感推荐使用5uH(第一输入端与第二输入端之间电感量):10uH(第二输入端与输出端之间电感量),第一电容C1可选10nF/250V。
本实施例中香薰装置首次开喷雾时,主控模块的信号输出端PWM自动输出一组频率由低到高、频率定时递增跳变的方波扫频信号(假设超声波雾化片的工作频率为1.7MHz或者3MHz,每次跳频间隔可取10kHz至20kHz,扫频信号的频率范围可取超声波雾化片标准谐振点±150kHz)进行追频,主控模块的信号输出端PWM输出的扫频信号经第一电阻R1推动第一MOS管以同样频率开关通断,当第一MOS管导通时,升压电感L1的第一输入端和第二输入端通电储能,经升压电感L1的输出端升压,通过第一电容C1去除直流后,驱动超声波雾化片CY1推动水箱内的液体产生喷雾。
参照图2,采样电路包括第二电容C2、第三电容C3、第三电阻R3和第四电阻R4,第一MOS管Q1的源极通过串联第三电阻R3连接电源地,第二电容C2与第三电阻R3并联,第二电容C2的一端通过串联第四电阻R4与主控模块的采样输入端A/D连接,主控模块的采样输入端A/D通过连接第三电容C3与电源地连接。本实施例中,第二电容C2可取47nF/50V至100nF/50V,第三电容C3可取10nF/50V,第四电阻R4可取1kΩ至10kΩ。
第三电阻R3通过将超声波扫频模块的工作电流转化为电压,经第二电容C2、第四电阻R4、第三电容C3阻容滤波后,作为反馈电压发送至主控模块的采样输入端A/D检测。第三电阻R3应取值0.1Ω至0.25Ω、1/2W,第三电阻R3不可取值过大,否则会导致采样电路负反馈过强,使喷雾输出功率及喷雾量明显下降;第三电阻R3也不宜取值过小,否则将导致反馈电压过小而使主控模块产生误判。
当主控模块的信号输出端PWM输出的扫频信号的频率与超声波雾化片CY1达到谐振时,超声波雾化片CY1的喷雾最强,超声波扫频模块的工作电流及反馈电压均达到最大。通过检测第三电阻R3两端的反馈电压,对各个扫频频率点所对应的反馈电压最大值进行比较,取反馈电压最大值的频率点作为谐振频率,并保存在主控模块内部的EEPROM予以锁定,作为后续喷雾的主控模块固定输出频率,从而完成自动追频校准过程。需要说明的是,由于主控模块的PWM频率调节是采用程序指令通过调节RC内部振荡参数的设置以修改PWM定时器的主频方式来实现追频的,所以当主控模块调好PWM输出的谐振频率后,必须针对所修改的RC参数设置对原先程序定时精度的影响,在程序上适当增减定时计数做相应的定时补偿,以确保定时时间的准确性。
本实施例中,超声波扫频模块还包括直流稳压电路,直流稳压电路包括第四电容C4、第五电容C5,第四电容C4和第五电容C5分别连接与电源电压+VDD与电源地之间,电源电压+VDD为稳定的直流电压,可以为DC5V~DC24V(供电电压越大,最大喷雾功率及喷雾量越大),第四电容C4可取100nF/50V,第五电容C5可取220uF至470uF、其耐压比电源电压+VDD大10V即可,可提高电源电压+VDD在喷雾工作时的供电稳定性,确保输入至主控模块的采样输入端A/D的反馈电压最大值变化与扫频频率对应关系的真实性和准确性(如果电源电压+VDD在工作期间电压不稳定,将会导致输入至采样输入端A/D的反馈电压反馈波形振幅随之波动,使主控模块误判锁频频率,导致喷雾不能工作在最佳谐振频率点上,造成喷雾效果变差甚至无法正常喷雾)。
主控模块采用DC5V稳压供电,以确保信号输出端PWM有足够高的电压去驱动第一MOS管Q1,以尽可能降低MOSFET管的导通内阻,获得较大的功率输出及喷雾效果。
参照图1,本实施例中,水位检测模块包括整流滤波电路和水位检测器,水位检测器的输出端与整流滤波电路的输入端连接,整流滤波电路的输出端与主控模块的检测输入端连接。其中,水位检测器设置在水箱的外壁(图1中未示出)。
图3是本发明实施例一的恒定喷雾量的超声波香薰装置水位检测模块电路原理图,参照图3,水位检测器包括水位检测PCB板1和感应铜箔PAD,感应铜箔PAD设置在水位检测PCB板1上,相邻两个感应铜箔PAD之间具有间隙,优选的,相邻两个感应铜箔PAD之间的间隙不小于1.5mm,每个感应铜箔的面积不小于72平方毫米。本实施例中,感应铜箔PAD设置有三个(可根据实际需求设置感应铜箔个数),单个整流滤波电路对应连接单个感应铜箔PAD。
本实施例中,整流滤波电路包括第一整流滤波电路、第二整流滤波电路和第三整流滤波电路,其中,第一整流滤波电路包括第三整流二极管D3、第五电阻R5、第八电阻R8、第六电容C6和第二三极管Q2,第三整流二极管D3的第一输入端与第五电阻R5的一端、电源地连接,第三整流二极管D3的第二输入端与第一感应铜箔PAD1电性连接,第三整流二极管D3的输出端通过串联第八电阻R8与第二三极管Q2的基极连接,第二三极管Q2的发射极与电源地连接,第二三极管Q2的集电极与主控模块的第一检测输入端WATER1连接,第六电容C6的一端与第二三极管Q2的基极连接,第六电容C6的另一端与第二三极管Q2的发射极连接。
第二整流电路包括第四整流二极管D4、第六电阻R6、第九电阻R9、第七电容C7和第三三极管Q3,第四整流二极管D4的第一输入端与第六电阻R6的一端、电源地连接,第四整流二极管D4的第二输入端与第二感应铜箔PAD2电性连接,第四整流二极管D4的输出端通过串联第九电阻R9与第三三极管Q3的基极连接,第三三极管Q3的发射极与电源地连接,第三三极管Q3的集电极与主控模块的第二检测输入端WATER2连接,第七电容C7的一端与第三三极管Q3的基极连接,第七电容C7的另一端与第三三极管Q3的发射极连接。
第三整流电路包括第五整流二极管D5、第七电阻R7、第十电阻R10、第八电容C8和第四三极管Q4,第五整流二极管D5的第一输入端与第七电阻R7的一端、电源地连接,第五整流二极管D5的第二输入端与第三感应铜箔PAD3电性连接,第五整流二极管D5的输出端通过串联第十电阻R10与第四三极管Q4的基极连接,第四三极管Q4的发射极与电源地连接,第四三极管Q4的集电极与主控模块的第三检测输入端WATER3连接,第八电容C8的一端与第四三极管Q4的基极连接,第八电容C8的另一端与第四三极管Q4的发射极连接。
本实施例中,主控模块的第一检测输入端WATER1、第二检测输入端WATER2、第三检测输入端WATER3均为单片机的三个I/O口,单片机的三个I/O口应设置为内部上拉,否则无法产生高低电平变化供单片机检测。
本实施例中,第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3均为NPN三极管,可以是3904、9014、8050等型号三极管。第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、第五整流二极管D5可选BAV99、BAT54S等系列的双二极管。第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8均为1uF/50V。第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10为150Ω以获得一定数值的直流电压并保护第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3不至过流烧坏。
当超声波香薰装置开始喷雾工作时,超声波雾化片表面的振荡交变电压会经过水箱内的含水导电介质向四处传播,通过水箱外壁传递到感应铜箔PAD上产生感应电压。感应铜箔PAD接收来自水箱内的水传递的振荡交变感应信号,与水箱内的水在水箱壁内外构成电容感应效应。当第一感应铜箔PAD1感应到振荡交变电压时,通过第三整流二极管D3整流和第五电阻R5、第八电阻R8、第六电容C6滤波后,转换为直流电压驱动第二三极管Q2导通,输入低电平给主控模块的第一检测输入端WATER1,当主控模块的第一检测输入端WATER1检测到低电平时,判定第一档水位有水,当主控模块的第一检测输入端WATER1检测到高电平时,判定第一档水位没有水。当第二感应铜箔PAD2感应到振荡交变电压时,通过第四整流二极管D4整流和第六电阻R6、第九电阻R9、第七电容C7滤波后,转换为直流电压驱动第三三极管Q3导通,输入低电平给主控模块的第二检测输入端WATER2,当主控模块的第二检测输入端WATER2检测到低电平时,判定第二档水位有水,当主控模块的第二检测输入端WATER2检测到高电平时,判定第二档水位没有水。当第三感应铜箔PAD3感应到振荡交变电压时,通过第五整流二极管D5整流和第七电阻R7、第十电阻R10、第八电容C8滤波后,转换为直流电压驱动第四三极管Q4导通,输入低电平给主控模块的第三检测输入端WATER3,当主控模块的第三检测输入端WATER3检测到低电平时,判定第三档水位有水,当主控模块的第三检测输入端WATER3检测到高电平时,判定第三档水位没有水。
主控模块根据检测水位的高低,自动调节信号输出端PWM输出端的扫频信号的波形占空比,通过调节PWM通断个数比例来调节超声波香薰装置的喷雾量大小(水位越高,PWM占空比就调节的越大,雾化片输出的功率就越大,喷雾量越大;水位越低,PWM占空比就调节的越小,雾化片输出的功率就越小,喷雾量越小),从而达到恒定的喷雾量。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,包括水箱,其特征在于,其包括主控模块、超声波扫频模块和水位检测模块,所述主控模块分别与所述超声波扫频模块、所述水位检测模块连接,所述水位检测模块用于检测所述水箱内水位的高度。
2.根据权利要求1所述的一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,其特征在于,所述水位检测模块包括整流滤波电路和水位检测器,所述水位检测器的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接,所述整流滤波电路的输出端与所述主控模块的检测输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,其特征在于,所述水位检测器设置在所述水箱的外壁,所述水位检测器包括水位检测PCB板和感应铜箔,所述感应铜箔设置在所述水位检测PCB板上,相邻两个所述感应铜箔之间具有间隙,单个所述整流滤波电路对应连接单个所述感应铜箔。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,其特征在于,所述超声波扫频模块包括驱动喷雾电路,所述驱动喷雾电路包括第一电阻、第二电阻、第一MOS管、升压电感、第一电容和超声波雾化片,所述主控模块包括用于输出扫频信号的信号输出端,所述主控模块的信号输出端通过连接第一电阻与第一MOS管的栅极连接,所述升压电感的第一输入端与电源电压连接,所述升压电感的第二输入端与第一MOS管的漏极连接,所述升压电感的输出端通过串联第一电容与所述超声波雾化片的一端连接,所述超声波雾化片的另一端连接第一MOS管的源极,所述第一MOS管的栅极通过第二电阻与第一MOS管的源极连接。
5.根据权利要求4所述的一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,其特征在于,所述超声波扫频模块还包括采样电路,所述主控模块包括采样输入端,所述采样电路包括第二电容、第三电容、第三电阻和第四电阻,所述第一MOS管的源极通过串联所述第三电阻连接电源地,所述第二电容与所述第三电阻并联,所述第二电容的一端通过串联第四电阻与所述主控模块的采样输入端连接,所述主控模块的采样输入端通过连接所述第三电容与电源地连接。
6.根据权利要求5所述的一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,其特征在于,所述超声波扫频模块还包括直流稳压电路,所述直流稳压电路包括第四电容、第五电容,所述第四电容与所述第五电容分别连接与电源电压和电源地之间。
7.根据权利要求3所述的一种恒定喷雾量的超声波香薰装置,其特征在于,所述整流滤波电路包括第三整流二极管、第五电阻、第八电阻、第六电容和第二三极管,所述第三整流二极管的第一输入端与所述第五电阻的一端、电源地连接,所述第三整流二极管的第二输入端与所述感应铜箔电性连接,所述第三整流二极管的输出端与所述第五电阻的另一端连接,所述第三整流二极管的输出端通过串联所述第八电阻与所述第二三极管的基极连接,所述第二三极管的发射极与电源地连接,所述第二三极管的集电极与所述主控模块的检测输入端连接,所述第六电容的一端与所述第二三极管的基极连接,所述第六电容的另一端与所述第二三极管的发射极连接。
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