選礦自動給水控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換器的選擇及設(shè)計

　　數(shù)據(jù)的采集與處理廣泛地應(yīng)用在自動化領(lǐng)域中，由于應(yīng)用的場合不同，對數(shù)據(jù)采集與處理所要求的硬件也不相同，在控制過程中，有時要對幾個模擬信號進行采集與處理。本文對選礦自動給水控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換器的選擇及設(shè)計進行了研究。
　　一、轉(zhuǎn)換器的選擇
　　這些信號的采集與處理對速度要求不太高，本文中從實際應(yīng)用出發(fā)，給出了一種應(yīng)用V/F轉(zhuǎn)換器LM331芯片組成的A/D轉(zhuǎn)換電路。V/F轉(zhuǎn)換器LM331芯片能夠把電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，而且線性度好，通過計算機處理，再把頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，就完成了A/D轉(zhuǎn)換。它與AD574等電路相比，具有接線簡單、價格低廉、轉(zhuǎn)換精度高等特點，而且LM331芯片在轉(zhuǎn)換過程中不需要軟件程序驅(qū)動，這與AD574等需要軟件程序控制的A/D轉(zhuǎn)換電路相比，使用起來方便了許多。LM331芯片組成的A/D轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)作為壓/頻轉(zhuǎn)換器使用時，其輸出脈沖鏈的頻率精確地與輸入端施加的電壓成比例變化，體現(xiàn)了壓/頻轉(zhuǎn)換器的特有的優(yōu)勢，可輕松應(yīng)用于所有的標準壓/頻轉(zhuǎn)換場合。另外，LM331/331A也適用于低工作電壓的數(shù)字系統(tǒng)，在微處理器控制系統(tǒng)中是低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，V/F轉(zhuǎn)換器LM331芯片能夠把電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號。此外，用這種轉(zhuǎn)換方式和光電偶合器連接時也相當(dāng)方便。
　　設(shè)計采用LMX331通用型的V/F變換器，適用于A/D轉(zhuǎn)換器、高精度F/V變換器、長時間積分器、線性頻率調(diào)制或解調(diào)器等電路。LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比比較高的集成芯片，可用作高精度V/F轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器，以及其它相關(guān)的器件。LM331線性度好， 最大非線性失真小于0. 01 % ，工作頻率低到0. 1Hz 時尚有較好的線性；變換精度高數(shù)字分辨率可達12 位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成V/ F 或F/ V 等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。
　　二、電壓—頻率轉(zhuǎn)換電路
　　在本課題中壓頻轉(zhuǎn)換電路如上圖所示。LM331采用單電源供電，模擬信號電壓Vin的輸入范圍-Vcc—0V（Vcc為LM331芯片的電源電壓），輸出信號頻率范圍為1—500KHz，非線性低于0.01％。模擬信號Vin經(jīng)積分器LF356積分處理后，在INPUT端變成與輸入電壓Vin成正比的穩(wěn)定電流輸入，通過LM331芯片進行V/F轉(zhuǎn)換后，變成與電壓成正比的頻率信號，F(xiàn)OUT端輸出的頻率信號送到計算機的計數(shù)/定時端口，計算機對頻率信號進行采集、處理、存儲，從而實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。由于LM331的轉(zhuǎn)換線性度直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準確性，而通常引起V/F轉(zhuǎn)換產(chǎn)生非線性誤差的原因是引腳1的輸出阻抗，它使輸出電流隨輸入電壓的變化而變化，因而影響轉(zhuǎn)換精度，為克服此缺點，高精度V/F轉(zhuǎn)換器在1腳和7腳間加入了一個積分器，這個積分器是由常規(guī)運放LF356和積分電容C4構(gòu)成的反積分器，價格低廉。加上積分電路后，由于電流源（1引腳）總是保持地電位，電壓不隨Vin或FOUT變化，因此有很高的線性度。
　　礦漿濃度值與輸出信號頻率的對應(yīng)關(guān)系如下表所示：一般(礦漿濃度穩(wěn)定在50%，最大變化范圍限制在40%—60%)
　　三、工作過程
　　LM331實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換框架圖如下圖所示。模擬信號經(jīng)壓/頻轉(zhuǎn)換器LM331把電壓信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，脈沖信號送到計算機的計數(shù)/定時端口，有計算機對頻率信號進行接收、處理、儲存。由于壓/頻轉(zhuǎn)換器LM331的壓/頻轉(zhuǎn)換關(guān)系成線性，所以我們可以根據(jù)采集到頻率數(shù)據(jù)知道模擬信號的大小，從而實現(xiàn)了模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。原理如下：同時啟動頻率計數(shù)器和定時器，頻率計數(shù)器把V/F轉(zhuǎn)換器輸出的頻率信號為計數(shù)脈沖，定時器采用基準頻率信號為定時脈沖，當(dāng)定時結(jié)束時，定時器產(chǎn)生輸出信號使頻率計數(shù)器停止計數(shù)，這樣計數(shù)器原理如下：同時啟動頻率計數(shù)器和定時器，頻率計數(shù)器把V/F轉(zhuǎn)換器輸出的頻率信號為計數(shù)脈沖，定時器采用基準頻率信號為定時脈沖，當(dāng)定時結(jié)束時，定時器產(chǎn)生輸出信號使頻率計數(shù)器停止計數(shù)。
　　定時/計數(shù)器可用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器，也可使用外接計數(shù)器，用單片機把計數(shù)值取入內(nèi)存即可進行數(shù)據(jù)處理， 頻率計數(shù)器、定時器可以使用計算機的計數(shù)/定時端口，通過軟件編程實現(xiàn)。基準頻率，數(shù)據(jù)處理也是通過軟件編程實現(xiàn)，數(shù)據(jù)可以儲存到內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器中。
　　四、結(jié)語
　　為了提高我國礦產(chǎn)資源的出礦量和出礦品質(zhì)，更有效地利用礦產(chǎn)資源，應(yīng)該實現(xiàn)選礦的自動化。實踐證明，磁力脫水槽給水控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換器的選擇及設(shè)計部分在選礦廠應(yīng)用良好，為我國選礦事業(yè)全面實施自動化提供了寶貴經(jīng)驗。
　　
　　參考文獻
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