WH21礦漿濃細(xì)度便攜測量儀的設(shè)計(jì)

陳文會，劉彥龍，李立哲，屈 斌

（1.西北工業(yè)大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710072；2.西北工業(yè)大學(xué) 自動化學(xué)院，陜西 西安 710072）

選礦過程中，礦漿濃度與細(xì)度的控制，對于磨礦作業(yè)極為重要。礦漿濃度還影響精礦質(zhì)量、藥劑的用量、浮選機(jī)的生產(chǎn)能力以及處理礦石的水電耗等。礦漿濃度的合格與否直接關(guān)系到選礦指標(biāo)和選礦成本。為保證磨礦作業(yè)的產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，避免欠磨和過磨，使選礦過程優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低消耗，發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益，就必須對選礦過程中礦漿的濃度和細(xì)度進(jìn)行檢測控制。

基于C8051F350和電阻應(yīng)變式稱重傳感器的便攜式礦漿濃度儀設(shè)計(jì)，可以非常方便的在選礦現(xiàn)場進(jìn)行濃度和細(xì)度的檢測。

1 總體設(shè)計(jì)

便攜式濃度測量儀主要由交直流電源電路、C8051F350單片機(jī)系統(tǒng)、稱重傳感器調(diào)理電路、OLED顯示驅(qū)動電路、EEPROM數(shù)據(jù)存儲電路、按鍵電路組成。A/D轉(zhuǎn)換電路由C8051F350單片機(jī)自帶的24位Δ-∑高精度ADC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和交換，使用單片機(jī)內(nèi)置的放大器對張力放大器輸出的微弱的電壓信號進(jìn)行放大。

總體電路原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖Fig.1 Structure diagram of test system

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

主要電路包括：C8051F350、OLED顯示、電源、鍵盤電路。

Silicon labs公司的 C8051F350單片機(jī)內(nèi)置24位Δ-∑高精度ADC，考慮到成本和精度問題，選擇使用內(nèi)部2.5 V基準(zhǔn)電壓。單片機(jī)內(nèi)部集成有8KB Flash，可在系統(tǒng)編程。

傳感器輸出一個(gè)微弱的電壓信號，不便于直接進(jìn)行AD采樣，首先要進(jìn)行放大，對放大器的要求是輸入電阻盡量大，增益高，放大線性好，噪聲小。原定使用BB公司的精密儀表放大器INA122，后測試直接使用C8051F350內(nèi)置的增益放大也可滿足要求。

測量中，需要存儲相關(guān)的數(shù)據(jù)，如計(jì)算重量時(shí)體積、比重及校準(zhǔn)參數(shù)，這些數(shù)據(jù)要求掉電不丟失。每一個(gè)數(shù)據(jù)需要兩個(gè)字節(jié)，這3個(gè)數(shù)據(jù)共需要6個(gè)字節(jié)，所以使用具有256字節(jié)存儲量的AT24C02就可滿足需要。

除OLED以外的芯片都采用3.3 V供電，Vin為12 V變壓器或9 V可充電層疊電池，使用MD7533芯片輸出Vcc 3.3 V，電路如圖2所示。

圖2 單片機(jī)3.3 V供電設(shè)計(jì)電路Fig.2 MCU 3.3 V power supply circuit

128×64 OLED的驅(qū)動需要Vpp 13 V（典型值）供電，所以需要采用升壓電路[7－8]。使用NCP1403來實(shí)現(xiàn)升壓，輸入是穩(wěn)定的3.3 V。電路如圖3所示。

圖3 OLED驅(qū)動13 V升壓電路Fig.3 OLED drive 13 V power supply circuit

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

使用C51進(jìn)行編程，在keil C環(huán)境下進(jìn)行編譯仿真。軟件部分主要包括：初始化、主菜單、OLED驅(qū)動、EEPROM及按鍵掃描程序。結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 主程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Schematic diagram of the test system software

軟件初始化部分包括對AD、鍵盤、EEPROM和OLED等一系列的初始化操作，自檢正常后進(jìn)入到測試主菜單，在主菜單下通過各選擇按鍵進(jìn)入相關(guān)的測量子菜單。

通過測出礦漿凈重、濃度壺的體積和比重（可以修改）這3個(gè)量進(jìn)行計(jì)算而得到濃度。程序流程框圖如圖5所示。

圖5 濃度測量程序流程圖Fig.5 Flow chart of ore density measure

測量濃度時(shí)的體積參數(shù)的修改用按鍵復(fù)合實(shí)現(xiàn)，短按鍵步進(jìn)值為0.1，長按鍵步進(jìn)值為1，區(qū)別長短按鍵程序如下：

自校準(zhǔn)程序能夠保證礦漿濃度測量儀在各種環(huán)境下的精度。確定的校準(zhǔn)方案是：在校準(zhǔn)過程中需要采集2組數(shù)據(jù)，分兩次采集?？蛰d時(shí)采集第1組數(shù)據(jù)，放置1 kg砝碼時(shí)采集第2組數(shù)據(jù)。

部分校準(zhǔn)程序如下：

4 結(jié) 論

利用重量法快速準(zhǔn)確地進(jìn)行礦漿重量、濃度和細(xì)度的測量。采用交、直流（9 V層疊可充電電池）供電，2.5英寸高亮度OLED漢字顯示測量參數(shù)，體積小、直讀便攜，操作簡便，優(yōu)于傳統(tǒng)的重量加濃度對照表測量、手工計(jì)算礦漿細(xì)度的方法。制作的2臺樣機(jī)長時(shí)間運(yùn)行表明：測試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、人機(jī)界面友好。可用于各類礦山選礦廠和實(shí)驗(yàn)室，對工藝流程檢測和生產(chǎn)指導(dǎo)能夠起到很重要的作用，也適用于冶金、化工、建材、煤炭等行業(yè)對不溶性固體在水介質(zhì)中的濃度和細(xì)度（粒度）的測量。

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