便携式超声洗衣棒

便携式超声洗衣棒

梁琪 陈仲阳 廖蕾 邓嘉伟 周子寒 李晓晓 通讯作者

桂林电子科技大学 广西壮族自治区桂林 541004

摘 要：相比于传统的手工清洗或者机械清洗方法，应用超声波清洗具有省电、节水、使用方便、清洗效果一致、不留死角等优点。中国市场现有的超声波清洗设备均为盆式，即换能器装在不锈钢盆底，对盆内物品进行清洗，用途单一，一经固定不易移动，本设备利用超声波空化原理进行清洁，在设计中通过触摸芯片控制洗衣棒运行，利用数码管进行界面显示，定时系统，控制洗衣时长，并配以几个主要的集成电路器件设计而成，相对其他的洗衣产品更加智能化，实用性强，便于使用。

关键词：超声波；空化原理；清洁；便携

超声波清洗是利用超声波进行清洗的技术，其在工业和科技中的应用已有几十年的历史，超声波广泛应用于各个领域。随着时代的发展，超声波清洗技术的特点更加显著，人们在工业、医学、生活中广泛应用。在工业中，探伤，焊接等应用，并有相关的环境保护。在医学上，超声波清洗技术可以应用在手术中，提高手术的效率。对于越来越喜欢快节奏生活的现代人们来说，物体的小巧轻便、可随身携带等特性，成为他们对新兴物品的一个可接受程度的衡量。从而研发一款能够满足他们在日常或工作中随时去污除渍的刚需十分有必要。

1. 核心技术

便携式超声波洗衣棒利用超声波空化原理进行清洁，在设计中通过触摸芯片控制洗衣棒运行，利用数码管进行界面显示，并采用了STM8S005K6单片机微处理器最小系统，进行输入输出的I/O分配，定时系统，控制洗衣时长，并配以几个主要的集成电路器件设计而成，相对其他的洗衣产品更加智能化，实用性强，便于使用。

1.便携式超声洗衣棒采用了纵向振动换能器，沿轴向辐射振动，通过实心超声变幅杆端面反射耦合，并且将振动能量的反射耦合到实心超声变幅杆和空心超声变幅杆体，从而在实心超声变幅杆和空心超声变幅杆的体表四周，从而产生一种分散的超声能量。另外，本设计可将换能器和变幅杆设计成一体，设备结构简单容易操作，并且可以根据需求，设计变幅杆的总长度和直径，并可将换能器隐藏封闭在变幅杆内部。

如
图1是我们设计的洗衣棒结构图，10是变幅杆，11是空心超声变幅杆，12是 弧面型实心超声变幅杆20则为换能器

图1-洗衣棒基本结构

2.半桥驱动与全桥驱动

如图2所示,电容C1和C2接连到开关管Q1和Q2,对角线连接变压器T1的原始侧绕组称为半桥转换器。如果此时C2=C2,则当开关接通时,绕组上的电压只有电源电压的二分之一。如图3所示中的控制电路工作时,驱动和控制IC,VL,V4和V2、V3的同时,传导,传导和VL,V4 V2、V3打开,关闭,也就是说,Vl,V2和V3,V4交替开关变压器的交流电压的主要形式。改变开关脉冲的占空比可以改变V1、V4和V2、V3导通与截止时间,从而改变变压器的能量存储和改变输出电压。

图2-半桥电路基本拓扑图

图
3-全桥驱动电路基本结构

3.数码管显示

四位数字管是一种半导体发光器件,其基本单元是发光二极管。可以看出,这4个数字管称为四位数字管。数字管按段数分为数码管七段和数码管八段。八段数码管大于七数码管,带有LED单元(一个以上的小数点显示)。根据LED单元的连接方式,将其分为共阳极数字管和共阴极数字管。数字管指的是由所有发光二极管的阳极形成一个共同的阳极数字管(COM)。杨树数字管在应用中应该非常流行,到5伏,当阴极场发射二极管较低时,相应的场光源。当场的阴极很高时,相应的电场不亮。光阴极是一个数字管,它将发光二极管的所有阴极连接到公共阴极(COM)。使用普通阴极数字管时,共用极性COM应连接到接地线地线。当一个域中的发光二极管的阳极高时,相应的电场就会被点亮。当场的阳极较低时,相应的电场不亮。基本结构如图3所示。

图3-数码管基本结构

四、特色和创新点

1. 理念的创新

机械式洗衣容易造成衣物缠绕、变形及磨损，不仅需要耗费大量的水，而且使用的洗涤剂还会污染环境，因此采用新原理、新材料、节水、节能、环保、智能化的超声波洗衣技术有望成为人们的最佳选择。通过调研发现，目前超声波清洗应用于日常家用衣物的研究非常少，市场上的超声波洗衣机产品也不多。

2. 技术的创新

小型化：产品通过触摸芯片控制洗衣棒运行，利用数码管进行界面显示，并采用了STM8S005K6单片机微处理器最小系统，并配以几个主要的集成电路器件设计而成，体积不大，小巧轻便，易于携带和存放。

除噪：超声波洗衣是利用超声空化效应来达到洗涤目的，但空化效应会产生很大的噪声，为了达到除噪的目的，不仅通过多次试验选择了合理的超声波的频率范围，还在洗衣棒内部加装吸声材料。

参考文献:

[1]张伟光,张广智.手持便携式多功能民用超声波清洗清洗棒的研制[D].哈尔滨师范大学,2009.

[2]肖倩琪.超声波清洗技术及其研究进展[D].株洲市一中,2018.

[3]郑刚，杜书杰.超声波技术在滤芯清洗工艺中的应用研究[J].中核四0四有限公司,2020.

[4]宋占文，周东良.超声波清洗技术在制造业中的应用[J].清洗世界,2006（08）.

本文是2019年国家大学生创业训练“便携式超声波洗衣棒”(项目编号201910595282)项目成果。

广西大学生创业训练项目立项编号：201910595282