本實用新型涉及一種家庭用電子設備技術領域，尤其涉及一種用于家庭清洗的超聲波發生裝置。

背景技術：

家庭中在進行清洗碗時，普遍采用手動清水洗滌，單純利用清水沖洗，清洗效果太差，添加洗滌液，又會有洗滌液的殘留，對健康不利，而且浪費自來水。隨著電子技術的不斷發展，越來越多的家庭用電子設備開始投入使用，例如家庭用的洗碗機。家庭用的洗碗機還能夠用來清洗蔬菜、水果、貝類、肉類、餐具等，利用超聲波清洗，當超聲波經過液體介質時，將以極高的頻率壓迫液體介質振動，使液體分子產生正負交變的沖擊波。當聲強達到一定數值時，液體中急劇產生微小空化氣泡并瞬時強烈閉合，產生強烈的微爆炸和沖擊波使被清洗物表面的污物遭到破壞，并從被清洗表面脫落下來。雖然每個空化氣泡的作用并不大，但每秒鐘有上億個空化氣泡在作用，就具有很好的清洗效果。超聲波可以穿透固體物質而使整個液體介質振動并產生空化氣泡，因此這種清洗方式不存在清洗不到的死角，而且業內證明超聲波清洗的潔凈度高，可以對餐具上的米粒、油污、煙跡、茶漬等難洗物質進行全方位清除，用于清洗水果時，對附著在蔬菜水果表面的污物、細小的顆粒和農藥都有很好的清洗效果，是傳統清洗方法所達不到的。

上述洗碗機內安裝有超聲波發生單元，利用超聲波發生單元產生的振動，現有技術中的洗碗機利用變頻技術實現頻率的變化，使洗碗機的超聲波換能頭工作在一定可變化的超聲波范圍內，使水體振動，對碗表面的污漬進行去除，使用比較方便省力。但現有技術中的超聲波頻率變化大，且在使用過程中運行參數不能實時修改，在機器使用時間過程時，發熱嚴重，容易導致內部器件燒壞，從而產生停機現象，因此使用的穩定性差。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種超聲波功率輸出恒定、工作穩定、清洗效果好的用于家庭清洗的超聲波發生裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：一種用于家庭清洗的超聲波發生裝置，包括主控模塊，所述主控模塊的輸入端連接有工作方式選擇模塊，所述主控模塊的輸出端連接有超聲波發生模塊，所述超聲波發生模塊的輸出端依次連接有脈沖信號放大模塊、功率放大模塊和外接換能器匹配模塊，所述功率放大模塊連接有信號采集模塊，所述功率放大模塊連接有過熱保護模塊和單相整流模塊，所述信號采集模塊和所述過熱保護模塊分別連接至所述主控模塊,所述外接換能器匹配模塊的輸出端連接有超聲波換能器。

作為優選的技術方案，所述主控模塊包括單片機，所述單片機的輸入端連接有變頻控制器。

作為優選的技術方案，所述超聲波發生模塊包括與所述變頻控制器連接的超聲波變頻器，所述超聲波變頻器連接有脈沖調制器，所述脈沖調制器與所述單片機相連。

作為優選的技術方案，所述脈沖信號放大模塊包括并列設置的第一信號放大單元和第二信號放大單元，所述第一信號放大單元和所述第二信號放大單元分別連接至所述脈沖調制器。

作為優選的技術方案，所述功率放大模塊設有四個功率放大單元，其中兩個所述功率放大單元與所述第一信號放大單元連接，另外兩個所述功率放大單元與所述第二信號放大單元連接。

作為優選的技術方案，所述信號采集模塊包括與所述功率放大模塊連接的電流信號采集單元，所述電流信號采集單元的輸出端連接有電流信號放大單元，所述電流信號放大單元連接至所述單片機。

作為優選的技術方案，所述過熱保護模塊包括與所述功率放大模塊連接的采樣熱電偶RT，所述采樣熱電偶RT的另一端接地，所述采樣熱電偶RT的兩端并聯有八腳的放大器U8，所述放大器U8的1腳、5腳和8腳懸空，所述放大器U8的2腳和3腳并聯在所述采樣熱電偶RT的兩端，所述放大器U8的4腳接地，所述放大器U8的6腳連接至信號處理芯片U5，所述放大器U8的6腳還 分別通過串聯的電阻R14和電阻R15安全接地，所述放大器U8的7腳連接至+12V電壓；

所述信號處理芯片U5為九腳芯片，所述信號處理芯片U5的1腳和9腳分別連接至+12V電壓，所述信號處理芯片U5的2腳懸空，所述信號處理芯片U5的3腳通過電阻R25接地，所述信號處理芯片U5的4腳與8腳之間連接有電容C3，且8腳接地設置，所述信號處理芯片U5的5腳連接至所述單片機，所述信號處理芯片U5的6腳和7腳分別連接至所述放大器U8的6腳。

作為優選的技術方案，所述外接換能器匹配模塊包括與所述脈沖信號放大模塊連接的變壓器T4，所述變壓器T4的輸出側串接有電感器L1和超聲換能器，與所述超聲換能器并聯設有RC諧振回路。

作為優選的技術方案，所述單相整流模塊包括三極管Q4，所述三極管Q4的發射極安全接地，所述三極管Q4的集電極串接有接觸器RY1，所述接觸器RY1的輸出端輸出+12V電壓。

作為優選的技術方案，所述工作方式選擇模塊包括選擇開關，所述選擇開關的輸出端連接有通訊模塊，所述通訊模塊與所述單片機連接。

由于采用了上述技術方案，一種用于家庭清洗的超聲波發生裝置，包括主控模塊，所述主控模塊的輸入端連接有工作方式選擇模塊，所述主控模塊的輸出端連接有超聲波發生模塊，所述超聲波發生模塊的輸出端依次連接有脈沖信號放大模塊、功率放大模塊和外接換能器匹配模塊，所述功率放大模塊連接有信號采集模塊，所述功率放大模塊連接有過熱保護模塊和單相整流模塊，所述信號采集模塊和所述過熱保護模塊分別連接至所述主控模塊,所述外接換能器匹配模塊的輸出端連接有超聲波換能器；本實用新型的有益效果是：能夠實現頻率、相位和功率的高精度精確可靠的控制，在設定的頻點范圍內能夠實現頻率的變化，在功率輸出端進行電流采樣和溫度采樣檢測，實時調整頻率和功率，實現過流、過熱和短路保護，保證轉化效率和設備的正常工作，配備的工作方式選擇模塊能與主控模塊進行通訊，可以靈活控制和顯示運行參數，能夠更好地滿足家庭清洗的要求。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中：

圖1是本實用新型實施例的結構框圖；

圖2是本實用新型實施例的電路原理圖；

圖中：1-主控模塊；2-選擇開關；3-通訊模塊；4-超聲波發生模塊；5-脈沖信號放大模塊；6-功率放大模塊；7-外接換能器匹配模塊；8-信號采集模塊；9-過熱保護模塊；10-單相整流模塊。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，進一步闡述本實用新型。在下面的詳細描述中，只通過說明的方式描述了本實用新型的某些示范性實施例。毋庸置疑，本領域的普通技術人員可以認識到，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質上是說明性的，而不是用于限制權利要求的保護范圍。

如圖1和圖2所示，一種用于家庭清洗的超聲波發生裝置，包括主控模塊1，所述主控模塊1的輸入端連接有工作方式選擇模塊，所述主控模塊1的輸出端連接有超聲波發生模塊4，所述超聲波發生模塊4的輸出端依次連接有脈沖信號放大模塊5、功率放大模塊6和外接換能器匹配模塊7，所述功率放大模塊6連接有信號采集模塊8，所述功率放大模塊6連接有過熱保護模塊9和單相整流模塊10，事實上，所述單相整流模塊10通過所述脈沖信號放大模塊5間接與所述功率放大模塊6相連，為兩個模塊提供工作電源，所述信號采集模塊8和所述過熱保護模塊9分別連接至所述主控模塊1,所述外接換能器匹配模塊7的輸出端連接有超聲波換能器P。

所述主控模塊1包括單片機D1，所述單片機D1的輸入端連接有變頻控制器U3，所述變頻控制器U3可采用X9313UP作為主控芯片。所述工作方式選擇模塊包括選擇開關2，所述選擇開關2的輸出端連接有通訊模塊3，所述通訊模塊3與所述單片機D1連接，所述單片機D1采用MICROCHIP公司的PIC系列單片機芯片或是ATMEL公司的AVR單片機芯片，單片機D1在正常模式下接收選擇開關2的控制命令，或者自身的指令命令，控制所述超聲波發生模塊4， 所述超聲波發生模塊4可以使用TI公司的超聲波發生芯片，產生兩路同步反相的PWM信號，所述脈沖信號放大模塊5放大PWM信號。

所述主控模塊1具體的電路結構為：

所述單片機D1設有四十四個引腳，包括PA0(ADC0)～PA7(ADC7)八個引腳，該八個引腳對應的引腳編號為37～30，PB0～PB7八個引腳，該八個引腳對應的引腳編號為40～44及1～3，PC0～PC7八個引腳，該八個引腳對應的引腳編號為19～26，PD0～PD7八個引腳，該八個引腳對應的引腳編號為9～16，4號引腳為復位引腳RST，復位引腳RST連接有+5V高電平VCC，+5V高電平VCC通過電阻R9與所述復位引腳RST連接，且復位引腳RST還通過電容C8安全接地，7號引腳為XTAL1，8號引腳為XTAL2，6、18和39號引腳分別為接地引腳，且安全接地，5、17、38和27號引腳為高電平引腳，分別連接至+5V高電平VCC，29為ARFF引腳，28為GND接地引腳，29號引腳和28號引腳之間串聯有電容C8，所述電容C8安全接地。

所述變頻控制器U3設置為八引腳芯片，其7號引腳連接高電平VCC，其8號安全接地，其1、3和6號引腳連接至所述超聲波發生模塊4，其2號引腳與所述單片機D1的41號引腳連接，其5號引腳與所述單片機D1的42號引腳連接，其5號引腳與所述單片機D1的43號引腳連接。

所述通訊模塊3包括通訊處理芯片U7，所述通訊處理芯片U7為十六腳芯片，其型號為MAX3232EEN，所述通訊處理芯片U7的1號引腳與3號引腳之間串聯有電容，所述通訊處理芯片U7的4號引腳與5號引腳之間串聯有電容，所述通訊處理芯片U7的11號引腳與12號引腳之間依次串聯有兩個電阻，所述通訊處理芯片U7的10號引腳連接至所述單片機D1的10號引腳，所述通訊處理芯片U7的9號引腳連接至所述單片機D1的9號引腳，所述通訊處理芯片U7的16號引腳、2號引腳和6號引腳分別與15號引腳之間串聯有電容，且15號引腳接地，所述通訊處理芯片U7的14、7、13和8號引腳分別懸空。

所述超聲波發生模塊4包括與所述變頻控制器U3連接的超聲波變頻器U4，所述超聲波變頻器U4可采用MCP41010I作為主控芯片，所述超聲波變頻器U4連接有脈沖調制器U2，所述脈沖調制器U2可采用UCC3895DW作為主控芯片， 所述脈沖調制器U2與所述單片機D1相連。所述脈沖信號放大模塊5包括并列設置的第一信號放大單元和第二信號放大單元，所述第一信號放大單元和所述第二信號放大單元分別連接至所述脈沖調制器U2。該模塊能夠產生300瓦以上的超聲波，以達到清洗效果。所述主控模塊1可以控制所述超聲波發生模塊4產生兩路同步相位相反的PWM信號。

所述超聲波變頻器U4設置為七引腳芯片，所述脈沖調制器U2設置為二十引腳芯片，其2號引腳與所述變頻控制器U3的1號引腳連接，其5號引腳與所述變頻控制器U3的3號引腳連接，其4號引腳與所述變頻控制器U3的6號引腳連接，其3號引腳與所述脈沖調制器U2的6號引腳連接，其1號引腳與所述脈沖調制器U2的2號引腳連接，其7號引腳與所述脈沖調制器U2的20號引腳連接，其6號引腳安全接地。所述脈沖調制器U2的1號引腳與所述單片機D1的11號引腳連接，所述脈沖調制器U2的3號引腳通過電容C5接地，所述脈沖調制器U2的4號引腳通過電容C6接地，所述脈沖調制器U2的4號引腳還通過串接電阻R2和晶振電容CE3接地，所述晶振電容CE3還連接至所述脈沖調制器U2的20號引腳，所述脈沖調制器U2的7號引腳和8號引腳之間串聯有電容C7和電阻R11，所述電阻R11的輸入端接地，所述脈沖調制器U2的7號引腳還連接至所述單片機D1的19號引腳，所述脈沖調制器U2的9號引腳和10號引腳之間串聯有電阻R12和電阻R13，所述電阻R13的輸入端接地，所述脈沖調制器U2的11號引腳上并聯有電阻R10和電阻R8，所述電阻R10的輸出端接地，所述脈沖調制器U2的12號引腳通過電阻R7連接至所述電阻R8的輸出端，所述電阻R8的輸出端與所述單片機D1的37號引腳連接，所述脈沖調制器U2的13號引腳通過電阻R6連接至所述第二信號放大單元，所述脈沖調制器U2的14號引腳通過電阻R5也連接至所述第二信號放大單元，所述脈沖調制器U2的15號引腳連接至+12V高電平，所述脈沖調制器U2的16號引腳接地，所述脈沖調制器U2的17號引腳通過電阻R4連接至所述第一信號放大單元，所述脈沖調制器U2的18號引腳通過電阻R3也連接至所述第一信號放大單元，所述脈沖調制器U2的19號引腳晶振電容CE4接地。

所述第一信號放大單元包括并列設置的三極管Q1和三極管Q5，并列設置 的三極管Q8和三極管Q9，所述三極管Q1的基極和所述三極管Q5的基極分別連接至所述電阻R3的輸出端，所述三極管Q1的集電極連接+12V高電平，所述三極管Q5的集電極接地，所述三極管Q1發射極和所述三極管Q5的發射極直接連接，所述三極管Q5的發射極還連接至分壓變壓器T3的一次側的一個端子，所述三極管Q8的基極和所述三極管Q9的基極分別連接至所述電阻R4的輸出端，所述三極管Q8的集電極連接+12V高電平，所述三極管Q9的集電極接地，所述三極管Q8發射極和所述三極管Q9的發射極直接連接，所述三極管Q9的發射極還連接至分壓變壓器T3的一次側的另一個端子，所述分壓變壓器T3的二次側設有兩個分壓繞組，兩個所述分壓繞組分別連接至所述功率放大模塊6。

所述第二信號放大單元包括并列設置的三極管Q10和三極管Q11，并列設置的三極管Q12和三極管Q13，所述三極管Q10的基極和所述三極管Q11的基極分別連接至所述電阻R5的輸出端，所述三極管Q10的集電極連接+12V高電平，所述三極管Q11的集電極接地，所述三極管Q10發射極和所述三極管Q11的發射極直接連接，所述三極管Q11的發射極還連接至分壓變壓器T5的一次側的一個端子，所述三極管Q12的基極和所述三極管Q13的基極分別連接至所述電阻R6的輸出端，所述三極管Q12的集電極連接+12V高電平，所述三極管Q13的集電極接地，所述三極管Q12發射極和所述三極管Q13的發射極直接連接，所述三極管Q13的發射極還連接至分壓變壓器T5的一次側的另一個端子，所述分壓變壓器T5的二次側設有兩個分壓繞組，兩個所述分壓繞組分別連接至所述功率放大模塊6。

所述功率放大模塊6設有四個功率放大單元，其中兩個所述功率放大單元與所述第一信號放大單元連接，另外兩個所述功率放大單元與所述第二信號放大單元連接。具體的為，所述功率放大模塊6包括絕緣柵雙極晶體管Q2、絕緣柵雙極晶體管Q3、絕緣柵雙極晶體管Q6和絕緣柵雙極晶體管Q7，所述絕緣柵雙極晶體管Q2的1端和3端連接至所述分壓變壓器T3其中一個分壓繞組的兩端，所述絕緣柵雙極晶體管Q2的2端連接至所述絕緣柵雙極晶體管Q3的2端，同時所述絕緣柵雙極晶體管Q2的2端還連接至所述信號采集模塊8，所述絕緣柵雙極晶體管Q3的1端和3端連接至所述分壓變壓器T5其中一個分壓繞組的 兩端，所述絕緣柵雙極晶體管Q6的1端和3端連接至所述分壓變壓器T3其中另一個分壓繞組的兩端，所述絕緣柵雙極晶體管Q6的3端還接地設置，所述絕緣柵雙極晶體管Q6的2端與所述絕緣柵雙極晶體管Q2的3端連接，所述絕緣柵雙極晶體管Q7的1端和3端連接至所述分壓變壓器T5其中另一個分壓繞組的兩端，所述絕緣柵雙極晶體管Q7的3端還接地設置，所述絕緣柵雙極晶體管Q7的2端與所述絕緣柵雙極晶體管Q3的3端連接，所述絕緣柵雙極晶體管Q3的3端與所述絕緣柵雙極晶體管Q6的2端之間連接至所述外接換能器匹配模塊7。

所述信號采集模塊8包括與所述功率放大模塊6連接的電流信號采集單元，所述電流信號采集單元的輸出端連接有電流信號放大單元，所述電流信號放大單元連接至所述單片機D1。所述電流信號采集單元包括與所述絕緣柵雙極晶體管Q3的2端連接的變壓器T2一次側端子，所述變壓器T2一次側的另一端子連接至高電壓，所述變壓器T2二次側一端子上并聯有二極管D1和二極管D2，所述變壓器T2二次側另一端子上連接有二極管D3，所述二極管D1的輸出端與所述二極管D3的輸出端連接，所述二極管D3的輸入端還通過電阻R1連接至所述二極管D2的輸出端，所述電阻R1的輸入端安全接地，所述二極管D2的輸出端連接至放大器U9的3號引腳，所述放大器U9設有八個引腳，其型號為LT1013CN8，所述放大器U9的1、5號引腳懸空設置，所述放大器U9的2號引腳與6號引腳連接，所述放大器U9的4號引腳接地，所述放大器U9的7號引腳接+12V高電平，所述放大器U9的8號引腳接通過電阻R23連接至電流處理芯片U6的2號引腳，所述電流處理芯片U6為八引腳芯片，其型號為TLC1549CP，所述電流處理芯片U6的3號引腳通過電阻R24接地，所述電流處理芯片U6的4號引腳與8號引腳之間連接有電容C1，所述電容C1的負極接地，所述電流處理芯片U6的5號引腳連接至所述單片機D1的44腳，所述電流處理芯片U6的6號引腳和7號引腳分別連接至所述放大器U9的6號引腳。

所述過熱保護模塊9包括與所述功率放大模塊6連接的采樣熱電偶RT，所述采樣熱電偶RT的輸入端與分壓變壓器T5二次側的一個分壓繞組端子連接，所述采樣熱電偶RT的另一端接地，所述采樣熱電偶RT的兩端并聯有八腳的放 大器U8，其型號為LT1013CN8，所述放大器U8的1腳、5腳和8腳懸空，所述放大器U8的2腳和3腳并聯在所述采樣熱電偶RT的兩端，所述放大器U8的4腳接地，所述放大器U8的6腳連接至信號處理芯片U5，所述放大器U8的6腳還分別通過串聯的電阻R14和電阻R15安全接地，所述放大器U8的7腳連接至+12V電壓；

所述信號處理芯片U5為九腳芯片，其型號為OPA2604AP，所述信號處理芯片U5的1腳和9腳分別連接至+12V電壓，所述信號處理芯片U5的2腳懸空，所述信號處理芯片U5的3腳通過電阻R25接地，所述信號處理芯片U5的4腳與8腳之間連接有電容C3，且8腳接地設置，所述信號處理芯片U5的5腳連接至所述單片機D1，所述信號處理芯片U5的6腳和7腳分別連接至所述放大器U8的6腳。

所述外接換能器匹配模塊7包括與所述脈沖信號放大模塊5連接的變壓器T4，所述變壓器T4的輸出側串接有電感器L1和超聲換能器P，與所述超聲換能器P并聯設有RC諧振回路。所述變壓器T4的一次側的兩個接線端子對應連接至所述絕緣柵雙極晶體管Q2的3端及所述絕緣柵雙極晶體管Q3的3端，所述RC諧振回路為并聯在所述超聲換能器P兩端的電阻和電容的并聯電路，所述變壓器T4為降壓變壓器，電壓相對低，使用更為安全。

所述單相整流模塊10包括與所述單片機D1連接的三極管Q4，所述三極管Q4的發射極安全接地，所述三極管Q4的集電極串接有接觸器RY1，所述接觸器RY1的輸出端輸出+12V電壓。所述單相整流模塊10內還設有整流橋，所述整流橋的輸入端連接有轉換開關，所述整流橋的輸出端并聯有兩個電容。

所述主控模塊1在控制所述超聲波發生模塊4產生兩路同步相位相反的PWM信號的同時，所述信號采集模塊8對所述功率放大模塊6進行電流采樣，并反饋給所述主控模塊1，實現功率恒定的控制；同時所述過熱保護模塊9的采樣熱電偶RT的數據傳給所述主控模塊1，對所述功率放大模塊6進行溫度檢測，所述主控模塊1對數據分析后，作用于所述超聲波發生模塊4，進行脈寬調制，保護所述功率放大模塊6；所述主控模塊1通過程序指令，作用于所述超聲波發生模塊4，使所述超聲波發生模塊4的超聲波變頻器變化，控制所述 超聲波發生模塊4的頻點在一定的范圍內變化，通過所述外接換能器匹配模塊7驅動超聲波換能器P，讓所述超聲波換能器P在多個頻點工作，以達到不同的清洗效果。工作方式選擇模塊通過RS-232通信協議，使所述選擇開關2與所述主控模塊1進行通信，交換處理時間、頻率和功率等工作參數，同時在所述選擇開關2上顯示工作情況。

本實用新型能夠實現頻率、相位和功率的高精度精確可靠的控制，在設定的頻點范圍內能夠實現頻率的變化，在功率輸出端進行電流采樣和溫度采樣檢測，實時調整頻率和功率，實現過流、過熱和短路保護，保證轉化效率和設備的正常工作，配備的工作方式選擇模塊能與主控模塊1進行通訊，可以靈活控制和顯示運行參數，能夠更好地滿足家庭清洗的要求。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征及本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。