基于A(yíng)T89C2051單片機的排礦閥門(mén)控制系統設計

0 引言
磁力脫水槽是選礦廠(chǎng)對細粒嵌布鐵礦物較為有效的選別設備。廣泛應用在磁鐵礦(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(zhù)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，從而調整精礦排礦閥門(mén)(膠堆、閘門(mén))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(shí)踐中，當正常狀態(tài)下各工序的礦漿量、濃度、品位相對穩定時(shí)，磁力脫水槽的選別指標較好。而當給礦量等指標變化頻繁時(shí)，磁力脫水槽選別指標則急劇惡化，進(jìn)而影響到選別作業(yè)給礦的穩定。在這種狀態(tài)下，需要崗位工人不斷調整閥門(mén)操作以滿(mǎn)足鐵精礦品位和金屬回收率的要求。傳統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)驗調節排礦閥門(mén)以控制界面在合適范圍之內。若操作不能做到準確及時(shí)，勢必造成金屬流失、精礦品位波動(dòng)。因此，磁力脫水槽生產(chǎn)指標受人的因素影響較大。近年來(lái)選礦廠(chǎng)一直都在渴望一種能實(shí)現對脫水槽進(jìn)行自動(dòng)控制的系統。
由于電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計算機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用。微機測控技術(shù)的應用是產(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，以達到準確、方便、快捷，還可以?xún)艋瘡U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的組成
為了對濃度加以控制，必需對濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，采用傳感器檢測信號，把傳感器放入脫水槽內部采集高斯量，檢測的信號為電壓，通過(guò)放大器進(jìn)行放大，通過(guò)滑動(dòng)電阻調節LM331的零點(diǎn)以使轉換器具有線(xiàn)性的要求。轉換器的選用可采用A／D也可采用V／F形式，由于精度關(guān)系和傳輸距離較遠，所以我們采用V／F的轉換器。放大的信號通過(guò)轉換器后，由于現場(chǎng)有干擾，所以采用抗干擾技術(shù)，即通過(guò)光電耦合減少對系統的干擾。通過(guò)光耦后的信號，送入單片機的中斷口INT1。
為了給人直觀(guān)的感覺(jué)，采用lcd顯示頻率，通過(guò)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，系統用4位顯示。最高可以測得10kHz的頻率，對于現場(chǎng)的磁場(chǎng)濃度遠小于這個(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(pán)進(jìn)行設置，每個(gè)鍵代表不同的意義，把鍵盤(pán)寫(xiě)入的數據存入E2PROM，把采集到的濃度與寫(xiě)入存儲器的數據進(jìn)行比較，來(lái)控制繼電器的工作，設計中采用兩個(gè)繼電器，一個(gè)為正轉另一個(gè)為反轉?？刂朴伤鼈働1口控制光隔。為了在現場(chǎng)的環(huán)境下不出現程序跑飛，加入”看門(mén)狗”電路。
在采用自動(dòng)控制的同時(shí)，考慮到系統出現故障時(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。
控制系統的CPU采用ATMEL公司的AT89C2051，它是一種帶2K字節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，把采集的數據轉化為單片機可以識別的信息，選用LM331V／F轉換器，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(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件。

2 單片機硬件設計
為了能直觀(guān)地控制，采用LED顯示，而在要求設定中，采用鍵盤(pán)設置形式。
2．1 鍵盤(pán)及接口設計
鍵盤(pán)是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機輸入設備，操作人員可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入數據或命令，實(shí)現簡(jiǎn)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(pán)有鍵按下時(shí)才產(chǎn)生中斷請求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后對鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，并做相應處理。中斷掃描工作方式的鍵盤(pán)接口如圖所示。該鍵盤(pán)直接由2051的P1口的高低字節構成列式鍵盤(pán)。當有鍵按下時(shí)，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(dòng)等功能。

設計中用到的鍵盤(pán)設定只有四個(gè)，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確認鍵。