WH21礦漿濃細度便攜測量儀的設計

陳文會，劉彥龍，李立哲，屈 斌

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

選礦過程中，礦漿濃度與細度的控制，對于磨礦作業極為重要。礦漿濃度還影響精礦質量、藥劑的用量、浮選機的生產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系到選礦指標和選礦成本。為保證磨礦作業的產品達到規定的技術經濟指標，避免欠磨和過磨，使選礦過程優質高產、低消耗，發揮最大的經濟效益，就必須對選礦過程中礦漿的濃度和細度進行檢測控制。

基于C8051F350和電阻應變式稱重傳感器的便攜式礦漿濃度儀設計，可以非常方便的在選礦現場進行濃度和細度的檢測。

1 總體設計

便攜式濃度測量儀主要由交直流電源電路、C8051F350單片機系統、稱重傳感器調理電路、OLED顯示驅動電路、EEPROM數據存儲電路、按鍵電路組成。A/D轉換電路由C8051F350單片機自帶的24位Δ-∑高精度ADC實現數據的采集和交換，使用單片機內置的放大器對張力放大器輸出的微弱的電壓信號進行放大。

總體電路原理框圖如圖1所示。

圖1 系統總體設計圖Fig.1 Structure diagram of test system

2 系統硬件設計

主要電路包括：C8051F350、OLED顯示、電源、鍵盤電路。

Silicon labs公司的 C8051F350單片機內置24位Δ-∑高精度ADC，考慮到成本和精度問題，選擇使用內部2.5 V基準電壓。單片機內部集成有8KB Flash，可在系統編程。

傳感器輸出一個微弱的電壓信號，不便于直接進行AD采樣，首先要進行放大，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內置的增益放大也可滿足要求。

測量中，需要存儲相關的數據，如計算重量時體積、比重及校準參數，這些數據要求掉電不丟失。每一個數據需要兩個字節，這3個數據共需要6個字節，所以使用具有256字節存儲量的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3.3 V供電設計電路Fig.2 MCU 3.3 V power supply circuit

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

圖3 OLED驅動13 V升壓電路Fig.3 OLED drive 13 V power supply circuit

3 系統軟件設計

使用C51進行編程，在keil C環境下進行編譯仿真。軟件部分主要包括：初始化、主菜單、OLED驅動、EEPROM及按鍵掃描程序。結構圖如圖4所示。

圖4 主程序設計結構圖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，自檢正常后進入到測試主菜單，在主菜單下通過各選擇按鍵進入相關的測量子菜單。

通過測出礦漿凈重、濃度壺的體積和比重（可以修改）這3個量進行計算而得到濃度。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

測量濃度時的體積參數的修改用按鍵復合實現，短按鍵步進值為0.1，長按鍵步進值為1，區別長短按鍵程序如下：

自校準程序能夠保證礦漿濃度測量儀在各種環境下的精度。確定的校準方案是：在校準過程中需要采集2組數據，分兩次采集。空載時采集第1組數據，放置1 kg砝碼時采集第2組數據。

部分校準程序如下：

4 結 論

利用重量法快速準確地進行礦漿重量、濃度和細度的測量。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，體積小、直讀便攜，操作簡便，優于傳統的重量加濃度對照表測量、手工計算礦漿細度的方法。制作的2臺樣機長時間運行表明：測試準確、穩定可靠、人機界面友好。可用于各類礦山選礦廠和實驗室，對工藝流程檢測和生產指導能夠起到很重要的作用，也適用于冶金、化工、建材、煤炭等行業對不溶性固體在水介質中的濃度和細度（粒度）的測量。

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