WH21矿浆浓细度便携测量仪的设计

陈文会，刘彦龙，李立哲，屈 斌

（1.西北工业大学 电子信息学院，陕西 西安 710072；2.西北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710072）

选矿过程中，矿浆浓度与细度的控制，对于磨矿作业极为重要。矿浆浓度还影响精矿质量、药剂的用量、浮选机的生产能力以及处理矿石的水电耗等。矿浆浓度的合格与否直接关系到选矿指标和选矿成本。为保证磨矿作业的产品达到规定的技术经济指标，避免欠磨和过磨，使选矿过程优质高产、低消耗，发挥最大的经济效益，就必须对选矿过程中矿浆的浓度和细度进行检测控制。

基于C8051F350和电阻应变式称重传感器的便携式矿浆浓度仪设计，可以非常方便的在选矿现场进行浓度和细度的检测。

1 总体设计

便携式浓度测量仪主要由交直流电源电路、C8051F350单片机系统、称重传感器调理电路、OLED显示驱动电路、EEPROM数据存储电路、按键电路组成。A/D转换电路由C8051F350单片机自带的24位Δ-∑高精度ADC实现数据的采集和交换，使用单片机内置的放大器对张力放大器输出的微弱的电压信号进行放大。

总体电路原理框图如图1所示。

图1 系统总体设计图Fig.1 Structure diagram of test system

2 系统硬件设计

主要电路包括：C8051F350、OLED显示、电源、键盘电路。

Silicon labs公司的 C8051F350单片机内置24位Δ-∑高精度ADC，考虑到成本和精度问题，选择使用内部2.5 V基准电压。单片机内部集成有8KB Flash，可在系统编程。

传感器输出一个微弱的电压信号，不便于直接进行AD采样，首先要进行放大，对放大器的要求是输入电阻尽量大，增益高，放大线性好，噪声小。原定使用BB公司的精密仪表放大器INA122，后测试直接使用C8051F350内置的增益放大也可满足要求。

测量中，需要存储相关的数据，如计算重量时体积、比重及校准参数，这些数据要求掉电不丢失。每一个数据需要两个字节，这3个数据共需要6个字节，所以使用具有256字节存储量的AT24C02就可满足需要。

除OLED以外的芯片都采用3.3 V供电，Vin为12 V变压器或9 V可充电层叠电池，使用MD7533芯片输出Vcc 3.3 V，电路如图2所示。

图2 单片机3.3 V供电设计电路Fig.2 MCU 3.3 V power supply circuit

128×64 OLED的驱动需要Vpp 13 V（典型值）供电，所以需要采用升压电路[7－8]。使用NCP1403来实现升压，输入是稳定的3.3 V。电路如图3所示。

图3 OLED驱动13 V升压电路Fig.3 OLED drive 13 V power supply circuit

3 系统软件设计

使用C51进行编程，在keil C环境下进行编译仿真。软件部分主要包括：初始化、主菜单、OLED驱动、EEPROM及按键扫描程序。结构图如图4所示。

图4 主程序设计结构图Fig.4 Schematic diagram of the test system software

软件初始化部分包括对AD、键盘、EEPROM和OLED等一系列的初始化操作，自检正常后进入到测试主菜单，在主菜单下通过各选择按键进入相关的测量子菜单。

通过测出矿浆净重、浓度壶的体积和比重（可以修改）这3个量进行计算而得到浓度。程序流程框图如图5所示。

图5 浓度测量程序流程图Fig.5 Flow chart of ore density measure

测量浓度时的体积参数的修改用按键复合实现，短按键步进值为0.1，长按键步进值为1，区别长短按键程序如下：

自校准程序能够保证矿浆浓度测量仪在各种环境下的精度。确定的校准方案是：在校准过程中需要采集2组数据，分两次采集。空载时采集第1组数据，放置1 kg砝码时采集第2组数据。

部分校准程序如下：

4 结 论

利用重量法快速准确地进行矿浆重量、浓度和细度的测量。采用交、直流（9 V层叠可充电电池）供电，2.5英寸高亮度OLED汉字显示测量参数，体积小、直读便携，操作简便，优于传统的重量加浓度对照表测量、手工计算矿浆细度的方法。制作的2台样机长时间运行表明：测试准确、稳定可靠、人机界面友好。可用于各类矿山选矿厂和实验室，对工艺流程检测和生产指导能够起到很重要的作用，也适用于冶金、化工、建材、煤炭等行业对不溶性固体在水介质中的浓度和细度（粒度）的测量。

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