选矿自动给水控制系统中转换器的选择及设计|数字转换器在线转换

时间：2019-01-07 03:33:48　来源：雅意学习网本文已影响人

　　数据的采集与处理广泛地应用在自动化领域中，由于应用的场合不同，对数据采集与处理所要求的硬件也不相同，在控制过程中，有时要对几个模拟信号进行采集与处理。本文对选矿自动给水控制系统中转换器的选择及设计进行了研究。
　　一、转换器的选择
　　这些信号的采集与处理对速度要求不太高，本文中从实际应用出发，给出了一种应用V/F转换器LM331芯片组成的A/D转换电路。V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，通过计算机处理，再把频率信号转换为数字信号，就完成了A/D转换。它与AD574等电路相比，具有接线简单、价格低廉、转换精度高等特点，而且LM331芯片在转换过程中不需要软件程序驱动，这与AD574等需要软件程序控制的A/D转换电路相比，使用起来方便了许多。LM331芯片组成的A/D转换电路，当作为压/频转换器使用时，其输出脉冲链的频率精确地与输入端施加的电压成比例变化，体现了压/频转换器的特有的优势，可轻松应用于所有的标准压/频转换场合。另外，LM331/331A也适用于低工作电压的数字系统，在微处理器控制系统中是低成本的模数转换器，V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号。此外，用这种转换方式和光电偶合器连接时也相当方便。
　　设计采用LMX331通用型的V/F变换器，适用于A/D转换器、高精度F/V变换器、长时间积分器、线性频率调制或解调器等电路。LM331是美国NS公司生产的性能价格比比较高的集成芯片，可用作高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器，以及其它相关的器件。LM331线性度好，最大非线性失真小于0. 01 % ，工作频率低到0. 1Hz 时尚有较好的线性；变换精度高数字分辨率可达12 位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/ F 或F/ V 等变换电路，并且容易保证转换精度。
　　二、电压―频率转换电路
　　在本课题中压频转换电路如上图所示。LM331采用单电源供电，模拟信号电压Vin的输入范围-Vcc―0V（Vcc为LM331芯片的电源电压），输出信号频率范围为1―500KHz，非线性低于0.01％。模拟信号Vin经积分器LF356积分处理后，在INPUT端变成与输入电压Vin成正比的稳定电流输入，通过LM331芯片进行V/F转换后，变成与电压成正比的频率信号，FOUT端输出的频率信号送到计算机的计数/定时端口，计算机对频率信号进行采集、处理、存储，从而实现模拟信号到数字信号的转换。由于LM331的转换线性度直接影响转换结果的准确性，而通常引起V/F转换产生非线性误差的原因是引脚1的输出阻抗，它使输出电流随输入电压的变化而变化，因而影响转换精度，为克服此缺点，高精度V/F转换器在1脚和7脚间加入了一个积分器，这个积分器是由常规运放LF356和积分电容C4构成的反积分器，价格低廉。加上积分电路后，由于电流源（1引脚）总是保持地电位，电压不随Vin或FOUT变化，因此有很高的线性度。
　　矿浆浓度值与输出信号频率的对应关系如下表所示：一般(矿浆浓度稳定在50%，最大变化范围限制在40%―60%)
　　三、工作过程
　　LM331实现A/D转换框架图如下图所示。模拟信号经压/频转换器LM331把电压信号转化为脉冲信号，脉冲信号送到计算机的计数/定时端口，有计算机对频率信号进行接收、处理、储存。由于压/频转换器LM331的压/频转换关系成线性，所以我们可以根据采集到频率数据知道模拟信号的大小，从而实现了模拟信号到数字信号的转换。原理如下：同时启动频率计数器和定时器，频率计数器把V/F转换器输出的频率信号为计数脉冲，定时器采用基准频率信号为定时脉冲，当定时结束时，定时器产生输出信号使频率计数器停止计数，这样计数器原理如下：同时启动频率计数器和定时器，频率计数器把V/F转换器输出的频率信号为计数脉冲，定时器采用基准频率信号为定时脉冲，当定时结束时，定时器产生输出信号使频率计数器停止计数。
　　定时/计数器可用单片机内部的定时/计数器，也可使用外接计数器，用单片机把计数值取入内存即可进行数据处理，频率计数器、定时器可以使用计算机的计数/定时端口，通过软件编程实现。基准频率，数据处理也是通过软件编程实现，数据可以储存到内部数据存储器或外部数据存储器中。
　　四、结语
　　为了提高我国矿产资源的出矿量和出矿品质，更有效地利用矿产资源，应该实现选矿的自动化。实践证明，磁力脱水槽给水控制系统中转换器的选择及设计部分在选矿厂应用良好，为我国选矿事业全面实施自动化提供了宝贵经验。
　　
　　参考文献
　　［1］陈光东.单片微型计算机原理与接口技术（第二版）.华中理工大学出版社，1999.
　　［2］选矿学.东北大学出版社.
　　［3］孙琳.自动化与仪表，1995.
　　［4］王凯.电子测量与仪器学报，2004.
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