超声波是频率高于20000Hz的声波，其具有频率高、方向性好、穿透能力强等特点，广泛应用于清洗、距离测量、医学等领域。超声波清洗始于20世纪50年代初，常常称作“无刷清洗”。超声波清洗的主要特点是速度快、效果好、容易实现工业控制等。针对复杂工件表面（如空穴、凹凸处），普通清洗方法很难实现，而采用超声波清洗机就可以获得很好的清洗效果，再配合使用适当的溶液，调节清洗液酸碱度以及提供合适的温度等，清洗效果会更好。本设计的核心是主芯片（LPC2138）结合传感器技术，有效地解决了调色盘难以清洗的问题。
1硬件设计
系统结构如图1所示。当打开开关，设置清洗时间后，整个装置初始化，各模块执行各自的功能：温度传感器分别检测水域温度及清洗机内部工作温度，并在液晶屏上实时显示。当内部传感器温度高于75℃时，清洗机自动停止工作。清洗时间为0～15min，可调。
图1 系统结构图
1.1主芯片LPC2138控制电路
LPC2138主要用于单片机电路，采用小型LQFP64封装。包含32KB的RAM，512K的FLASH，16个10位A/D通道，1个10位D/A通道，两个32位定时器/计数器（带4路捕获和4路比较通道）、PWM单元（6路输出）和看门狗等。
1.2超声波频率及清洗剂的选择
合适的声强、工作频率以及恰当的清洗剂可以提高清洗效率。一般在超声波设备中采用的超声波频率有25kHz、28kHz、35kHz、40kHz，100kHz或以上的频率现在尚未大量采用。低频声波的空化气泡大、数量少，易于清洗较粗糙物品；高频声波空化气泡小、数量多，易于清洗精细且形状复杂的物品。本超声波清洗机用于清洗绘画用的调色盘，由于染料的黏附性强，所以选用35kHz。在超声波清洗剂的选择上，由于碳氢清洗液具有清洗性能好、蒸发损失小、无毒、材料相容性好、不破坏环境、价格便宜等特点，所以选用碳氢清洗液。
1.3超声波发生器的选择
超声波发生器通常称为超声波电箱、超声波发生源或超声波电源。其作用是把市电（220V或380V，50或60Hz）转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。根据工作原理，可将超声波发生器分为数字电路型和模拟电路型两类，而模拟电路型又分为逆变型和振荡-放大型两种。本设计采用振荡-放大型超声波发生器，其结构框图如图2所示。振荡-放大型超声波发生器由振荡器、放大器、匹配电路及电源组成，其本质是一个带有振荡电路的放大器。
图2振荡-放大型超声波发生器结构框图
1.4超声波振荡器设计
在不锈钢清洗槽的底部粘接由一个或多个压电陶瓷元件构成的振子。当用超声波振荡电源给振子加上一定频率的交流电压时，振子便可以将电能转化为机械振动并通过清洗槽底部传递给清洗液，从而达到清洗的目的。同时本设计采用了由开关稳压块TL494构成的振荡器，其振荡电路如图3所示。
图3振荡器电路图
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率为：fosc=1.1/RC，由于已选定频率为35kHz，所以由上式可得RC=3.143×10-5s-1。本机供电电源为12V，采用的是推挽工作方式。
2软件设计
主程序主要包括初始化、温度检测、12864液晶等子程序，其流程如图4所示。
图4软件流程图
2.1初始化程序
初始化包括LPC2138主芯片的初始化；温度传感器、12864液晶的初始化；定时器/计数器初始化及开中断。
2.2温度检测子程序
温度传感器选取DS18B20，其具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易匹配微处理器等优点，可直接将温度信号转换为串行数字信号供处理器处理。
2.312864液晶子程序
本设计12864液晶使用ST7920控制器，5V电压驱动，带背光，内置8192个16×16点阵、128个字符（8×16点阵）及64×256点阵显示RAM（GDRAM），采用并行输出。
2.4主程序部分
主要通过按键对程序进行控制，当按下K1时，自动读取清洗槽里的温度，当按下K2时，自动读取清洗机内的温度，并由液晶屏显示。本产品定时采用的是一个发条定时器，其最长可定时15min，并可以实时启动或关闭。
3结束语
该清洗机通过设定特定的频率（35kHz）、选取特定的清洗液（碳氢清洗液），加入主芯片（LPC2138），结合传感器技术等，实现了对调色盘的有效清洗。有效地解决了绘画时因调色盘清洗不干净而只能直接更换调色盘的问题，减少了因此而造成的颜料浪费及污染。该款高效节能、智能环保的清洗机具有很高的应用价值和推广前景。
