基于51單片機(jī)的排礦閥門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言
磁力脫水槽是選礦廠對(duì)細(xì)粒嵌布鐵礦物較為有效的選別設(shè)備。廣泛應(yīng)用在磁鐵礦(或焙燒磁鐵礦)選礦工藝中。磁力脫水槽操作目前采用人工操作。崗位工人按著給礦量的變化，用取礦勺估測(cè)精礦層的深度和目測(cè)顏色的方法掌握礦層界面的位置，從而調(diào)整精礦排礦閥門(膠堆、閘門)閥位的大小，以便相對(duì)保證精礦品位和金屬回收率的最佳值。在生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)正常狀態(tài)下各工序的礦漿量、濃度、品位相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，磁力脫水槽的選別指標(biāo)較好。而當(dāng)給礦量等指標(biāo)變化頻繁時(shí)，磁力脫水槽選別指標(biāo)則急劇惡化，進(jìn)而影響到選別作業(yè)給礦的穩(wěn)定。在這種狀態(tài)下，需要崗位工人不斷調(diào)整閥門操作以滿足鐵精礦品位和金屬回收率的要求。傳統(tǒng)的人工操作是崗位工人利用操作勺探測(cè)礦層深度和目測(cè)顏色的方法掌握礦層界面的位置，再憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)排礦閥門以控制界面在合適范圍之內(nèi)。若操作不能做到準(zhǔn)確及時(shí)，勢(shì)必造成金屬流失、精礦品位波動(dòng)。因此，磁力脫水槽生產(chǎn)指標(biāo)受人的因素影響較大。近年來選礦廠一直都在渴望一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)脫水槽進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。
由于電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。微機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑。采用微機(jī)控制的智能控制，以達(dá)到準(zhǔn)確、方便、快捷，還可以凈化廢水和除去順磁性的粒狀雜質(zhì)，減少環(huán)境的污染。

1 控制方案的擬訂和控制系統(tǒng)的組成
為了對(duì)濃度加以控制，必需對(duì)濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用傳感器檢測(cè)信號(hào)，把傳感器放入脫水槽內(nèi)部采集高斯量，檢測(cè)的信號(hào)為電壓，通過放大器進(jìn)行放大，通過滑動(dòng)電阻調(diào)節(jié)LM331的零點(diǎn)以使轉(zhuǎn)換器具有線性的要求。轉(zhuǎn)換器的選用可采用A／D也可采用V／F形式，由于精度關(guān)系和傳輸距離較遠(yuǎn)，所以我們采用V／F的轉(zhuǎn)換器。放大的信號(hào)通過轉(zhuǎn)換器后，由于現(xiàn)場(chǎng)有干擾，所以采用抗干擾技術(shù)，即通過光電耦合減少對(duì)系統(tǒng)的干擾。通過光耦后的信號(hào)，送入單片機(jī)的中斷口INT1。
為了給人直觀的感覺，采用lcd顯示頻率，通過頻率的大小可以方便地知道濃度的大小，方便對(duì)脫水槽的控制，系統(tǒng)用4位顯示。最高可以測(cè)得10kHz的頻率，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的磁場(chǎng)濃度遠(yuǎn)小于這個(gè)濃度。由于每個(gè)脫水槽的濃度不是一定的，所以采用鍵盤進(jìn)行設(shè)置，每個(gè)鍵代表不同的意義，把鍵盤寫入的數(shù)據(jù)存入E2PROM，把采集到的濃度與寫入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來控制繼電器的工作，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)繼電器，一個(gè)為正轉(zhuǎn)另一個(gè)為反轉(zhuǎn)?？刂朴伤鼈働1口控制光隔。為了在現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境下不出現(xiàn)程序跑飛，加入”看門狗”電路。
在采用自動(dòng)控制的同時(shí)，考慮到系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)便于及時(shí)地控制脫水槽的工作，加入了手動(dòng)控制，這樣使控制更加靈活。
控制系統(tǒng)的CPU采用ATMEL公司的AT89C2051，它是一種帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FlashROM)的低電壓、高性能COMS 8位微控制器，采用ATMEL高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)，是一種高效的微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價(jià)的方案。濃度采集部分用的是SS490的霍爾傳感器，把采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以識(shí)別的信息，選用LM331V／F轉(zhuǎn)換器，控制電機(jī)部分的繼電器用固態(tài)繼電器(SSR)，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)器件。

2 單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)
為了能直觀地控制，采用LED顯示，而在要求設(shè)定中，采用鍵盤設(shè)置形式。
2．1 鍵盤及接口設(shè)計(jì)
鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機(jī)輸入設(shè)備，操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通訊。
為了提高CPU效率，可以采用中斷掃描工作方式，即只有在鍵盤有鍵按下時(shí)才產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，并做相應(yīng)處理。中斷掃描工作方式的鍵盤接口如圖所示。該鍵盤直接由2051的P1口的高低字節(jié)構(gòu)成列式鍵盤。當(dāng)有鍵按下時(shí)，為低，向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，在中斷服務(wù)程序中除完成鍵識(shí)別、鍵功能處理外，仍須有清除鍵抖動(dòng)等功能。

設(shè)計(jì)中用到的鍵盤設(shè)定只有四個(gè)，所以采用INT0中斷形式檢測(cè)是否有鍵按下，如有再查尋P1口的狀態(tài)檢測(cè)鍵值，按鍵作用為S1功能鍵，S2加值，S3減值，S4確認(rèn)鍵。