電動牙刷里的嵌入式技術(shù)揭秘

家里用了七八年的電動牙刷，前兩天突然罷工。先嘗試一下野蠻的修復(fù)方法(摔摔打打)，這種獨家絕技屢試不爽，曾經(jīng)修好過收音機，電視機，電子手表… 等等。不過這次，沒有成功！這周末終于有點兒時間，準(zhǔn)備一展身手。小樣兒，還治不了你了？

這款牙刷設(shè)計非常簡潔，只有一個按鈕，每按一次后，牙刷的工作狀態(tài)變化一次，從快速，慢速，到時快時慢，還有一種像波浪一樣的方式。原來以為這個圓形的牙刷頭是高速轉(zhuǎn)動的，最近才搞清楚，它其實是在一定幅度內(nèi)左右擺動的。牙刷柄下部把手下面有個凹槽，套在充電座上，充電座把220V交流電轉(zhuǎn)化為交替變化的磁場，把能量傳遞給牙刷內(nèi)部的接收線圈，然后在電路控制下給電池充電。

我們拆開看看內(nèi)部。最左邊是充電線圈，中間紅色的是主控板，右邊是直流電機，電機通過傳動裝置，把旋轉(zhuǎn)力量轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訔U的左右擺動，再帶動刷頭的擺動。由于牙刷柄比較長，便于手指操作的按鈕，距離電路板上的按鍵比較遠(yuǎn)，手指的按壓是通過一個金屬連桿，傳到電路板上的按鍵的。

從另一面看，左邊綠色的部分，可以看到它沒有采用現(xiàn)在常用的鋰電池，而是用了日本FDK的鎳氫電池。

鎳氫電池相比鋰電池有什么優(yōu)缺點呢：

優(yōu)點：鎳氫電池基本無毒無害，安全性高，壽命長，價格低。耐過充過放，無需專用充放電管理。

缺點：重量高，能量密度小，充電慢，有記憶效應(yīng)，放電能力小。電壓低，需要升壓電路。鎳氫一般1.2V，鋰離子3.7-4.2V。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計上來說，可以看到機身設(shè)計的非常緊湊，裝配上幾乎沒有看到螺絲，都是靠結(jié)構(gòu)之間的咬合，而且拆解也很方便，這是一個非常非常值得學(xué)習(xí)的地方。

上圖是傳動部分，可以看到右邊的這個塑料齒輪基本沒有磨損，在齒輪的正下方，是電機的金屬齒輪。

再來看看電路部分

這款電動牙刷的電路比較簡單，主控用了TI的MSP430G2432，想當(dāng)年，在低功耗領(lǐng)域，MSP430的風(fēng)頭也是一時無兩。值得注意的是這是一款16位RISC單片機，16位機在過去的將來還有機會嗎？喧囂一時的爭論，似乎在歷史的塵埃中沒有了意義。從古至今，從來沒有永遠(yuǎn)的霸主。

單片機上方，一個6引腳的小IC作用是升壓，把電池1.2V轉(zhuǎn)換成3V的工作電壓給MCU和電機。右邊緊挨著的，是升壓電路必不可少的電感。再一個主要的元件就是NMOS了，MCU通過PWM信號控制NMOS的通斷，來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。

MCU和充電電路的特寫?？雌饋硎峭ㄟ^二極管B3半波整流，當(dāng)MCU檢測到線圈中有電流，會打開充電通路給電池充電。這款牙刷在給電池充電時，按壓按鈕是不能讓牙刷工作的，不過這也符合常理。

NMOS用的是灣灣的TSM4424，在接通狀態(tài)下，漏極和源極電阻最大30毫歐，最大持續(xù)電流能到8A。一開始，按壓按鈕開關(guān)后，電機不轉(zhuǎn)，這個NMOS管很燙，一度懷疑是燒掉了。后來發(fā)現(xiàn)是機械部分，因為這一段時間用的少，卡住了，當(dāng)機械故障排出后，電機就又能正常轉(zhuǎn)起來了。所以這個NMOS管挺關(guān)鍵的，要考慮電機長時間堵轉(zhuǎn)的情況下也不能燒掉。

嗯，莫名其妙，又工作起來了！

國家標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)在電動牙刷越來越普及了，廠家也越來越多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，從幾十塊到上千塊錢的都有。國家專門制定了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，GB/T40362-2021《電動牙刷一般要求和檢測方法》。正規(guī)廠家的產(chǎn)品，通過了國家標(biāo)準(zhǔn)的檢測，質(zhì)量就應(yīng)該是有一定保證的。如果我們對電動牙刷的原理有個基本的認(rèn)識，也可以在選擇的時候有一個自己的判斷。

編輯：黃飛