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作者：内蒙古科技大学 李献晓 赵义鹏 奚亮

指导教师：郭宇 高丽丽

　 作品简介

　　1.1开发背景

　　目前，磁性铁测定主要靠化学方法进行测定，需要经历粉碎，磁铁选矿，盐酸溶矿，氯化亚锡还原，氯化高汞，硫磷混酸，二苯胺磺酸钠指示，重络酸钾滴定，多次测量求平均值等。其操作过程非常复杂，测量周期时间长，具有一定危险性，一般需要专业测定员及特定的实验环境，并不能在矿山或矿井下完成测量，测量成本比较高。为了克服现有化学方法测定的测量过程复杂，测量周期长，操作受环境影响等问题，设计了新型纯物理方法的铁磁性测量箱。

　　本设备是一种快速、精确的磁性铁测试仪器，有双电源供电，特别适合矿下、野外勘探和短时间内对大量样本进行准确测定，属于电子测量仪器。根据不同矿石含有的铁含量的不同，从而拥有的电感量不同，完成测量。

　　1.2结构说明

　　(1) 主控模块：本模块是比赛所提供的宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用，操控极其方便，很适合初学者。

　　(2) 2.4无线：通过2.4G无线与上位机通信，实时返回测量数据。

　　(3) 按键模块：4x4薄膜矩阵按键用来控制系统运行和设置参数。

　　(4) LC震荡器：采用西勒振荡电路。

　　(5) 改进型振荡器：搭配高可靠性聚四氟乙烯电容，使1.3M频率波动限制在+-20hz。

　　(6) 波形整理电路：由lm393组成过零比较器初步波形整理，将小信号正弦波整形为4V的三角波。接着由高性能tlc555组成施密特触发器，将三角波整形为5V方波。交与单片机计数器0。

　　(7) PC上位机：在vs2010的平台上编写了串口程序，调用了基本的SerialPort类，用SerialPort类来与单片机实现通信，既可以实现上位机向单片机发送数据也可以接受由单片机发送过来的数据，并在上网机的界面上添加了人性化的颜色，让上位机使用起来更容易让人所接受。

　　1.3功能与使用说明

　　(1)功能：使用说明：PC机在VS2010的基础运行。

　　(2)功能：本作品可以测量铁矿石含量，并将测量结果显示在LED屏及上位机界面上。

　　平台选型说明

　　主控部分采用比赛组委会提供的宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片,本单片机简单、可靠，控制功能有了很大的提高，而且成本相比于其他主控低。其实物图下图所示：

　　1.采用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。

　　2.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12倍。

　　3.61K字节片内片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上。

　　4.片内大容量2048字节的SRAM。

　　5.大容量片内EEPROM，擦写次数10万次数以上。

　　6.共8通道10位高速ADC，速度可达30万次/秒，3路PWM还可当3路D/A使用。

　　7.共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA)。

　　8.内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路。

　　9.内部高精度R/C时钟，内部时钟从5MHz～35MHz可选，相当于普通8051的60MHz～420MHz。

　　10.两组高速异步串行通信端口(可同时使用)，可在5组管脚之间进行切换，分时复用可当5组串口使用。

　　11.一组高速异步串行通信端口SPI。

　　12.各种接口扩展齐全。

　　13.一根优质USB线实现系统供电、程序下载、通信功能。

　　设计说明

　　3.1设计要求

　　1.能够稳定测量振荡器频率。

　　2.能够快速测量铁矿石含铁量。

　　3.能够精确测量铁矿石含铁量。

　　4.能够通过2.4G无线将测量结果发送到电脑上。

　　5.可以通过矩阵键盘便捷的完成测量。

　　6.可以通过矩阵键盘输入5组以上不同矿石的参数，并且可以断电保存参数。

　　7.受环境影响小，可以在较强磁场等环境下工作。

　　8.可以在完成测量时，直接显示含铁量，显示矿石种类，基准频率，当前频率，当前种类等参数。

　　9.采用双电源控制，内置市电供电电路和移动供电电路。在有市电接入时能自动切换为市电供电同时为锂电池充电。有锂电池充电电路，能够防止过冲，同时有充电指示和饱和指示。

　　10.通过12864液晶模块直接显示，更加直观便捷。

　　3.2系统硬件电路设计

　　3.2.1 LED点阵电源模块

　　电源部分主要由开关电路、浪涌抑制电路、整流滤波电路、稳压电路、调压电路、保护电路、备用电池供电电路组成。开关电路由继电器和开关组成。浪涌抑制电路有双绕电感和0.33电容组成。整流滤波电路由5A整流堆和104,2200电容组成。(为了降低功耗没有再采用电感)，稳压电路由BUCk电路(lm2596)将输入的电压降为12V。供给12V的柯西振荡器，使其正常发波。并由7805将12V降为5V分别供给单片机等5V电路。

　　移动电源电路由Buck-Boost升压电路(xl6012)将3.6V的锂电池电压升为12v并自动调整电压电流，供给振荡器和其他电路。保护电路由3A自熔保险丝盒可恢复保险丝组成。

　　其中电源切换电路由LM393组成过零比较器，2脚反向输入端采集市电电压，经由分压电阻得到约1.5V，3脚正向采集锂电池电压，得到1V左右电压。没有市电时2脚由电阻下拉接地，为0负。比较器输出高电平，三极管关闭，继电器不动作。同理有市电时继电器吸合，接通市电，关闭锂电池供电。

　　3.2.2 电容三点式振荡电路电路设计

　　采用西勒振荡电路，因为西勒振荡器的接入系数与克拉泼振荡器的相同，由于改变频率主要通过C4完成的，C4的改变并不影响接入系数p，所以波段内输出较平稳。而且C4改变，频率变化较明显，故西勒振荡器的频率覆盖系数较大，可达1.6~1.8。

　　合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。-般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在0.8-4mA之间选取，故本实验电路中：

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