選礦自動給水控制系統中轉換器的選擇及設計

　　數據的采集與處理廣泛地應用在自動化領域中，由于應用的場合不同，對數據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中轉換器的選擇及設計進行了研究。
　　一、轉換器的選擇
　　這些信號的采集與處理對速度要求不太高，本文中從實際應用出發，給出了一種應用V/F轉換器LM331芯片組成的A/D轉換電路。V/F轉換器LM331芯片能夠把電壓信號轉換為頻率信號，而且線性度好，通過計算機處理，再把頻率信號轉換為數字信號，就完成了A/D轉換。它與AD574等電路相比，具有接線簡單、價格低廉、轉換精度高等特點，而且LM331芯片在轉換過程中不需要軟件程序驅動，這與AD574等需要軟件程序控制的A/D轉換電路相比，使用起來方便了許多。LM331芯片組成的A/D轉換電路，當作為壓/頻轉換器使用時，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，體現了壓/頻轉換器的特有的優勢，可輕松應用于所有的標準壓/頻轉換場合。另外，LM331/331A也適用于低工作電壓的數字系統，在微處理器控制系統中是低成本的模數轉換器，V/F轉換器LM331芯片能夠把電壓信號轉換為頻率信號。此外，用這種轉換方式和光電偶合器連接時也相當方便。
　　設計采用LMX331通用型的V/F變換器，適用于A/D轉換器、高精度F/V變換器、長時間積分器、線性頻率調制或解調器等電路。LM331是美國NS公司生產的性能價格比比較高的集成芯片，可用作高精度V/F轉換器、A/D轉換器、線性頻率調制解調、長時間積分器，以及其它相關的器件。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成V/ F 或F/ V 等變換電路，并且容易保證轉換精度。
　　二、電壓—頻率轉換電路
　　在本課題中壓頻轉換電路如上圖所示。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成正比的穩定電流輸入，通過LM331芯片進行V/F轉換后，變成與電壓成正比的頻率信號，FOUT端輸出的頻率信號送到計算機的計數/定時端口，計算機對頻率信號進行采集、處理、存儲，從而實現模擬信號到數字信號的轉換。由于LM331的轉換線性度直接影響轉換結果的準確性，而通常引起V/F轉換產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，因而影響轉換精度，為克服此缺點，高精度V/F轉換器在1腳和7腳間加入了一個積分器，這個積分器是由常規運放LF356和積分電容C4構成的反積分器，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關系如下表所示：一般(礦漿濃度穩定在50%，最大變化范圍限制在40%—60%)
　　三、工作過程
　　LM331實現A/D轉換框架圖如下圖所示。模擬信號經壓/頻轉換器LM331把電壓信號轉化為脈沖信號，脈沖信號送到計算機的計數/定時端口，有計算機對頻率信號進行接收、處理、儲存。由于壓/頻轉換器LM331的壓/頻轉換關系成線性，所以我們可以根據采集到頻率數據知道模擬信號的大小，從而實現了模擬信號到數字信號的轉換。原理如下：同時啟動頻率計數器和定時器，頻率計數器把V/F轉換器輸出的頻率信號為計數脈沖，定時器采用基準頻率信號為定時脈沖，當定時結束時，定時器產生輸出信號使頻率計數器停止計數，這樣計數器原理如下：同時啟動頻率計數器和定時器，頻率計數器把V/F轉換器輸出的頻率信號為計數脈沖，定時器采用基準頻率信號為定時脈沖，當定時結束時，定時器產生輸出信號使頻率計數器停止計數。
　　定時/計數器可用單片機內部的定時/計數器，也可使用外接計數器，用單片機把計數值取入內存即可進行數據處理， 頻率計數器、定時器可以使用計算機的計數/定時端口，通過軟件編程實現。基準頻率，數據處理也是通過軟件編程實現，數據可以儲存到內部數據存儲器或外部數據存儲器中。
　　四、結語
　　為了提高我國礦產資源的出礦量和出礦品質，更有效地利用礦產資源，應該實現選礦的自動化。實踐證明，磁力脫水槽給水控制系統中轉換器的選擇及設計部分在選礦廠應用良好，為我國選礦事業全面實施自動化提供了寶貴經驗。
　　
　　參考文獻
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