基于51單片機的排礦閥門控制系統(tǒng)設(shè)計

0 引言
磁力脫水槽是選礦廠對細(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，用取礦勺估測精礦層的深度和目測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，以便相對保證精礦品位和金屬回收率的最佳值。在生產(chǎn)實踐中，當(dāng)正常狀態(tài)下各工序的礦漿量、濃度、品位相對穩(wěn)定時，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，磁力脫水槽選別指標(biāo)則急劇惡化，進而影響到選別作業(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礦層深度和目測顏色的方法掌握礦層界面的位置，再憑經(jīng)驗調(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，勢必造成金屬流失、精礦品位波動。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現(xiàn)對脫水槽進行自動控制的系統(tǒng)。
由于電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，促進了微型計算機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。微機測控技術(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
為了對濃度加以控制，必需對濃度進行實時檢測，采用傳感器檢測信號，把傳感器放入脫水槽內(nèi)部采集高斯量，檢測的信號為電壓，通過放大器進行放大，通過滑動電阻調(diào)節(jié)LM331的零點以使轉(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。放大的信號通過轉(zhuǎn)換器后，由于現(xiàn)場有干擾，所以采用抗干擾技術(shù)，即通過光電耦合減少對系統(tǒng)的干擾。通過光耦后的信號，送入單片機的中斷口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，方便對脫水槽的控制，系統(tǒng)用4位顯示。最高可以測得10kHz的頻率，對于現(xiàn)場的磁場濃度遠(yuǎn)小于這個濃度。由于每個脫水槽的濃度不是一定的，所以采用鍵盤進行設(shè)置，每個鍵代表不同的意義，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器的數(shù)據(jù)進行比較，來控制繼電器的工作，設(shè)計中采用兩個繼電器，一個為正轉(zhuǎn)另一個為反轉(zhuǎn)。控制由它們P1口控制光隔。為了在現(xiàn)場的環(huán)境下不出現(xiàn)程序跑飛，加入”看門狗”電路。
在采用自動控制的同時，考慮到系統(tǒng)出現(xiàn)故障時便于及時地控制脫水槽的工作，加入了手動控制，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)化為單片機可以識別的信息，選用LM331V／F轉(zhuǎn)換器，控制電機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開關(guān)器件。

2 單片機硬件設(shè)計
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
鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機輸入設(shè)備，操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通訊。
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才產(chǎn)生中斷請求，進入中斷服務(wù)程序后對鍵盤進行掃描，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，為低，向CPU發(fā)出中斷申請，在中斷服務(wù)程序中除完成鍵識別、鍵功能處理外，仍須有清除鍵抖動等功能。

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