智能数字化磁力搅拌器研制

磁力搅拌器是科研和生产中的常用溶液系 部件 ,当前普遍采用的传统磁力搅拌器基本是 采用交流串励电机, 通过调节交流电压实现转 速调节 ;由于交流串励电机的转速随转矩及电 源电压变化很大 ,在实验进程或外部因素对实 验体系的溶液粘滞系数等物理性质产生影响 时,出现很大的转速误差 ,甚**停转现象 ;另外 , 因传统的磁力搅拌器不具有智能化 ,不能及时 对异常情况进行处理 ,对科研和生产造成了较 大的危害。应科研工作需要, 我们研制开发出 采用89C51 单片机产生数字化的控制信号, 驱 动步进电机 ,再由步进电机带动新型强力钕铁 硼磁铁组成的磁力搅拌部分。从根本上解决了 传统的磁力搅拌器转速误差大、转矩小和低速 性能差的缺陷,使用效果良好。
1 基本原理
 
本机主要分为硬件和软件两部分。硬件是系统运行的基础。本设计采用 ATMEL 公司的 89C2051 单片机为核心 , 以步进电机为换能元件,为系统的运转精度和智能化提供了保证。软件是系统运行的灵魂。软件采用即时读取用户设定参数,修正步进电机的驱动信号的方法 , 并通过霍尔传感器, 监控步进电机的转动状态 , 对异常情况监控 ,及时进行修正和处理 ,达到了**、及时、长期稳定的搅拌速率控制的目标。
 
1 .1 硬件电路简介
 
本机的硬件电路由控制部分、隔离放大部分、执行部分、反馈检测部分和电源部分等单元组成。硬件电路结构如图 1 所示。基本工作过程如下 :89C2051 单片机从 P1 口读取两只十进制编码开关的设定值, 根据设定值产生 2 路定宽调频时序脉冲控制信号, 2 路时序脉冲控制信号经P3 .4口和 P3 .5口分别送**光电耦合器 IC3 和 IC4 隔离,再经功率驱动电路放大驱动步进电机;步进电机的旋转动作由霍尔传感器 IC2 检测, 反馈回单片机 P3 .4 口, 以判断步进电机的运转状态;若步进电机运转失常, 则从 P3 .0 口驱动蜂鸣器(FM)发出 5 分钟的间断报警信号,同时 P3 .1口发出故障指示信号。霍尔元件的内部结构如图 2 所示。磁力搅拌部分示意图如图 3 所示。条形磁铁采用新型钕铁硼强力磁铁。电源部分如图 4 所示。
 
1 .2 软件简介
 
本机软件采用查询方式工作。通过即时读取拨盘开关的 8 位数据,以定宽调频的方式, 通过修改步进电机的占空比 ,来调整步进电机的转速 ,并在每步步进信号发出后,通过检测霍尔元件的反馈信号达到监控步进电机的转动状态的目的。软件流程如图 5 所示。
 
2 使用方法
 
使用本机时 , 应将主机部分置于干燥通风
 
处 ,搅拌部分的环境温度不应高于 150 ℃;高速搅拌时应采用磁性较强的磁子 ,以保证搅拌所需的转矩。另外 ,主机在高精度系统使用时,应正确选择搅拌转速 , 以减小由于搅拌能量功热转换引起的系统温度误差。

3 讨 论
 
由于本机是应科研课题专门开发设计的部件 ,因此存在一定的局限性。但其转速精度高、转矩大、低速性能好的特点是传统磁力搅拌器无以伦比的。在今后的工作中 , 我们将进一步发挥单片机的优势 , 开发出可程控化的实现多
时段、多转速,且具有转速显示及可以驱动多个 搅拌部分的低成本、多功能的新型磁力搅拌器。