便携式智能雾化器的设计与实现

发布时间：2017-10-11 09:10

  本文关键词：便携式智能雾化器的设计与实现

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【摘要】：超声波雾化技术因为整体结构简洁,雾滴均匀效果好而普遍的应用在各个领域,如医用雾化吸入、生活加湿、工业除尘、内燃机供油、材料涂层、农业雾化栽培、化学频谱分析等方面。为了深入了解设计雾化器,本文从液体雾化原理出发,分别分析现在常用的几种液体雾化方式原理及应用特点,探究超声波雾化技术的原理以及在各个技术领域的运用情况,明确了超声波雾化技术在生活雾化加湿方面的优势。超声波雾化技术的核心的超声雾化片是由压电陶瓷晶体(PZT4)和不锈钢贴片(SUS304)黏合构成,在超声波雾化器设计中得到超声波雾化片的谐振频率是雾化驱动模块选择的关键。本文首先利用数值模拟的方法借助有限元分析软件创建超声波雾化片的结构模型,通过模态分析以及谐响应分析得到了超声波雾化片的谐振频率和振动幅度等结果。通过与理论值以及实验值进行对比,证明了数值分析在分析压电陶瓷问题方面的有效性并且通过对高频雾化片的分析得到了超声波高频雾化片结构参数(厚度、直径等)对谐振频率的影响趋势,并且对于超声波雾化模块的选择提供了参考。为了探究不同频率超声波雾化片的雾化效果,借助粒子图像测速仪对目前市面上常用的不同频率的超声波雾化片进行实验测试分析,通过粒子图像以及计算处理得到的速度场发现谐振频率为112KHz的超声波雾化片雾化分布均匀效果最好,因此选用此频率作为智能控制电路中的雾化模块。在智能蓝牙控制电路设计中利用单片机Arduino控制板作为控制核心,并且对外围电路需要的模块进行选型分析,借助蓝牙模块HC05设计可以利用智能手机端控制的智能控制电路,能够实现手机端控制、LCD显示、温湿度检测、水位检测等功能,根据智能控制电路设计智能手机控制软件,实现控制软件的无线控制、显示控制等功能。最后,在智能控制电路的基础之上,根据所选元器件的尺寸参数、结构特点,建立各元器件的三维模型,在此基础之上完成便携式超声波雾化器的总体结构设计,在满足基本功能的基本需求之下,做到结构的最优化,以达到便携式要求,然后又对市面上常用的两种雾化器借助超声波雾化原理进行设计,实现了超声波雾化以及便携的基本要求。
【关键词】：超声波雾化 谐振频率 粒子图像测速仪 蓝牙控制 结构设计
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH89
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景、方向11-12
• 1.1.1 课题研究的背景11
• 1.1.2 课题研究的方向11-12
• 1.2 文献综述12-17
• 1.2.1 液体雾化机理、常用雾化方式分析12-13
• 1.2.2 超声波雾化原理分析13-14
• 1.2.3 超声波雾化技术在各个领域的应用14-17
• 1.3 本文研究的主要内容17-18
• 1.3.1 研究目标17-18
• 1.3.2 研究内容及创新点分析18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 便携式智能雾化器总体方案概述19-22
• 2.1 总体设计方案介绍19-20
• 2.2 便携式智能雾化器方案设计20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 超声波雾化片的数值分析22-40
• 3.1 压电陶瓷基本性质22-26
• 3.1.1 压电效应22
• 3.1.2 压电特性22-26
• 3.2 ANSYS有限元分析基础26-29
• 3.2.1 ANSYS计算超声波雾化片的谐振频率步骤27
• 3.2.2 模态分析基本原理27-28
• 3.2.3 谐相应分析原理28
• 3.2.4 耦合场分析28-29
• 3.3 实例模拟29-39
• 3.3.1 低频雾化片的模拟29-33
• 3.3.2 高频雾化片的模拟33-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 超声波雾化实验测试40-48
• 4.1 粒子图像测速法40-44
• 4.1.1 PIV系统组成与原理41-42
• 4.1.2 PIV测试实验步骤42-44
• 4.2 不同频率雾化片实验测试44-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第5章 蓝牙智能控制电路设计48-62
• 5.1 核心控制板介绍48-49
• 5.2 其他硬件模块49-53
• 5.2.1 雾化模块49-50
• 5.2.2 温度控制模块50-51
• 5.2.3 显示模块51-52
• 5.2.4 蓝牙模块52
• 5.2.5 供电部分52
• 5.2.6 水位检测模块52-53
• 5.3 智能蓝牙控制电路的设计与实现53-61
• 5.3.1 硬件电路连接53-54
• 5.3.2 Arduino控制程序54-57
• 5.3.3 手机控制端设置57-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 便携式雾化器总体结构设计62-69
• 6.1 便携式家用超声雾化加湿器62-66
• 6.1.1 基本元器件建模62-63
• 6.1.2 设计方案63-66
• 6.1.3 设计原型66
• 6.2 超声波雾化电子烟66-67
• 6.3 便携式医用超声波雾化吸入器67-68
• 6.4 本章小结68-69
• 第7章 总结与展望69-71
• 7.1 总结69
• 7.2 进一步的研究展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间发表的学术论文和学术成果76

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