摘要：本文介绍了一种利用低频超声波进行物料筛分的控制器设计方案，系统可以通过ATMEGA16单片机实现对振动筛工作频率的调整、功率调整、电路安全保护以及系统参数显示等功能。该系统具有较高的频率稳定性和抗干扰能力，针对常规的振动筛分机产生的噪声污染大、筛分细度级别低等不足有较大改进。

关键词：超声波，频率，控制器

物料分离技术是现代工业生产、制造中不可缺少的项目和过程，通过机械振动装置进行处理，随着电子科技的发展，通过电子的方式产生机械共振频率，通过设备上的换能器将变化的电压、电流信号转换成强烈的机械设备振动信号，在传统的振动筛基础上在筛网上引入一个低振幅、高频率的超声振动波，以改善超微细分体的筛分性能。从而解决了强吸附性、易团聚、高静电、高精细、高密度、轻比重等筛分难题，提高了筛分效率。

1 控制方案

物料筛分装置由筛网、网架、换能器、主频率产生电路、功率输出电路、超声波调整控制电路、功率控制电路、输出电流采样电路以及显示电路等几部分组成。系统由3525芯片结合外围电路产生超声波的主频，由单片机产生可以调节的附加波进行微调，通过功率放大电路放大输出电流，使换能器带动网架进行振荡起到分拣物料的目的。系统结构框图如图1所示。

图1 控制系统电路方框图

2 主频输出部分

2.1 SG3525特性

SG3525是电流控制型PWM控制器，是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。同时，SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。

2.2 主频产生电路

由SG3525来产生频率为35KHz左右的主频信号，对整个振动筛进行控制，从而对整个系统进行工作过程的控制，完成整个振动筛的控制，使振动筛的工作频率始终保持在一个稳定的范围内，使振动筛正常工作，保证整个系统的正常运行。芯片的主要作用就是产生一个一定范围内的符合工作需要的频率信号用来往后面的电路输送，从而对整个系统进行工作过程的控制，电路如图2所示。

SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。 

外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。

图2  主频产生电路

3 频率调整控制

3.1 频率调整控制原理

频率调整控制是整机的核心执行部分，系统采用ATMEGA16来实现，它具有数据处理速度快，精度高，功耗低的特点，并且芯片内部有AD和两对PWM输出功能。频率控制采用CTC模式，频率计算公式如下式所示：

式中变量N表示预分频因子 (1、8、64、256或1024)。是系统时钟频率，系统时钟频率为12MHz，是输出比较寄存器，是输出的频率，是16位计数器/定时器。

取N =1，=12MHz，频率由频率计算公式可得

通过改变的值就可改变PWM的CTC模式的输出频率。即

由此可知，只需改变的值就可以改变其输出频率。功率控制的方法与上同理。

为了防止外部频率对单片机工作的干扰，单片机的时钟由12MHz有源晶振提供，有源晶振不需要内部振荡器，信号质量好，性能稳定。

3.2 软件设计

从主控制系统流程图不难看出，系统中包含A/D转换程序、键盘扫描程序、PWM调制程序以及显示程序。工作时，首先对整个单片机系统进行系统初始化，然后扫描当前电流值，判断是否安全，如果安全，开始判断是否有按键被按下，如果没有按键被按下，说明电路中的频率工作在正常的频率范围内，不需要进行频率的调节，则继续返回检测电流。如果有按键被按下，则说明有频率大小不符合实际应用的需要，需要进行调节，以保证系统工作在正常的频率下，此时进行判断键值并进行键值扫描处理，然后执行相应的扫描程序，完成调节过程。该过程是一个循环扫描的过程，振动筛工作过程中这个程序是一直执行的，一直是一个循环扫描的状态，保证系统中的频率稳定在合适的范围内。控制系统流程图如图3所示。

4 结论与讨论

振动筛看似结构简单，容易制造，但对加工工艺和结构设计要求非常高，影响振动筛筛分效率的因素还有很多，如随着振动设备工作时间的增长，网架零件的松动或电子元件的老化多会导致筛分效果的减弱。寻求新的振动形式以提高筛分效率，解决振动工作方式带来的可靠性、疲劳寿命、振动和噪声污染问题是振动筛发展过程中需要不断探索的课题。

图3 控制系统程序流程图

参考文献

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