基于AT89C2051单片机的排矿阀门控制系统设计

引言

磁力脱水槽是选矿厂对细粒嵌布铁矿物较为有效的选别设备。广泛应用在磁铁矿(或焙烧磁铁矿)选矿工艺中。磁力脱水槽操作目前采用人工操作。岗位工人按着给矿量的变化，用取矿勺估测精矿层的深度和目测颜色的方法掌握矿层界面的位置，从而调整精矿排矿阀门(胶堆、闸门)阀位的大小，以便相对保证精矿品位和金属回收率的最佳值。在生产实践中，当正常状态下各工序的矿浆量、浓度、品位相对稳定时，磁力脱水槽的选别指标较好。而当给矿量等指标变化频繁时，磁力脱水槽选别指标则急剧恶化，进而影响到选别作业给矿的稳定。在这种状态下，需要岗位工人不断调整阀门操作以满足铁精矿品位和金属回收率的要求。传统的人工操作是岗位工人利用操作勺探测矿层深度和目测颜色的方法掌握矿层界面的位置，再凭经验调节排矿阀门以控制界面在合适范围之内。若操作不能做到准确及时，势必造成金属流失、精矿品位波动。因此，磁力脱水槽生产指标受人的因素影响较大。近年来选矿厂一直都在渴望一种能实现对脱水槽进行自动控制的系统。

由于电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用。微机测控技术的应用是产品提高档次和推陈出新的有效途径。采用微机控制的智能控制，以达到准确、方便、快捷，还可以净化废水和除去顺磁性的粒状杂质，减少环境的污染。

1 控制方案的拟订和控制系统的组成

为了对浓度加以控制，必需对浓度进行实时检测，采用传感器检测信号，把传感器放入脱水槽内部采集高斯量，检测的信号为电压，通过放大器进行放大，通过滑动电阻调节LM331的零点以使转换器具有线性的要求。转换器的选用可采用A／D也可采用V／F形式，由于精度关系和传输距离较远，所以我们采用V／F的转换器。放大的信号通过转换器后，由于现场有干扰，所以采用抗干扰技术，即通过光电耦合减少对系统的干扰。通过光耦后的信号，送入单片机的中断口INT1。

为了给人直观的感觉，采用lcd显示频率，通过频率的大小可以方便地知道浓度的大小，方便对脱水槽的控制，系统用4位显示。最高可以测得10kHz的频率，对于现场的磁场浓度远小于这个浓度。由于每个脱水槽的浓度不是一定的，所以采用键盘进行设置，每个键代表不同的意义，把键盘写入的数据存入E2PROM，把采集到的浓度与写入存储器的数据进行比较，来控制继电器的工作，设计中采用两个继电器，一个为正转另一个为反转。控制由它们P1口控制光隔。为了在现场的环境下不出现程序跑飞，加入"看门狗"电路。

在采用自动控制的同时，考虑到系统出现故障时便于及时地控制脱水槽的工作，加入了手动控制，这样使控制更加灵活。

控制系统的CPU采用ATMEL公司的AT89C2051，它是一种带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(FlashROM)的低电压、高性能COMS 8位微控制器，采用ATMEL高密度、非易失存储器制造技术，是一种高效的微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。浓度采集部分用的是SS490的霍尔传感器，把采集的数据转化为单片机可以识别的信息，选用LM331V／F转换器，控制电机部分的继电器用固态继电器(SSR)，是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关器件。

2 单片机硬件设计

为了能直观地控制，采用LED显示，而在要求设定中，采用键盘设置形式。

2．1 键盘及接口设计

键盘是一组按键的集合，它是最常用的单片机输入设备，操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机通讯。

为了提高CPU效率，可以采用中断扫描工作方式，即只有在键盘有键按下时才产生中断请求，进入中断服务程序后对键盘进行扫描，并做相应处理。中断扫描工作方式的键盘接口如图所示。该键盘直接由2051的P1口的高低字节构成列式键盘。当有键按下时，为低，向CPU发出中断申请，在中断服务程序中除完成键识别、键功能处理外，仍须有清除键抖动等功能。

设计中用到的键盘设定只有四个，所以采用INT0中断形式检测是否有键按下，如有再查寻P1口的状态检测键值，按键作用为S1功能键，S2加值，S3减值，S4确认键。

2．2 显示及接口设计

在单片机控制系统中，键盘／显示系统常用来监视和分析键盘输入的命令和数据以及显示被控系统的工作状态。键盘／显示系统是单片机不可缺少的部件，它常由硬件电路和软件程序两部分组成。LCD近年来越来越多地应用在单片机控制的仪器仪表中，仪表显示时良好的人机界面始终是人们的追求。本文磁力脱水槽的显示部分采用EDM图形LCD。采用128×64点阵式LCD。内置8K的数据存储器，LCD控制芯片为东芝公司生产的T6963C。它的总线可以直接适配MCS51总线。允许单片机随时访问显示缓冲区，甚至可以进行位操作，直接控制某一点。同时这款液晶还有读／写地址自动加／减1的功能，为大量数据的传送编程提供了方便，将需要显示的图片数据和程序直接存储在里面，使得此电路功能实现十分简单。通过软件编程可将各种控制参数显示在液晶屏幕上，操作者可根据屏幕提示的信息进行工作。

2．3 存储器

AT24WC16(以下称24C16)是一个16K位串行CMOSE2PROM，内部含有2048个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗，24C16有一个16字节页缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作，有一个专门的写保护。