（河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南鄭州市，451191） 徐 平

（河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州市，451191） 閆修鵬 李 英

隨著城市垃圾數(shù)量的不斷增加，垃圾處理日益受到關(guān)注[1]。常見(jiàn)的處理方式有填埋堆肥、焚燒及熱解氣化等，無(wú)論是哪一種處理方式，其收集和運(yùn)輸是必要的環(huán)節(jié)[2]。目前主要的城市生活垃圾處理工藝有填埋、堆肥、焚燒、熱解氣化及綜合利用技術(shù)五種[3]，據(jù)2015年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示填埋處理量占63.9%；焚燒處理量占33.9%；其他處理方式占2.2%[4]。無(wú)論是哪一種處理方式，其收集和運(yùn)輸都是必要的環(huán)節(jié)，但是傳統(tǒng)的收集過(guò)程沒(méi)有對(duì)垃圾進(jìn)行有效的壓縮，使得垃圾體積較大，增加運(yùn)輸量的同時(shí)還增加了垃圾存儲(chǔ)或者填埋場(chǎng)地，同時(shí)還大大降低垃圾的腐化。

為此垃圾在收集的同時(shí)進(jìn)行壓縮然后再運(yùn)輸已經(jīng)成為一種有效減少垃圾體積、運(yùn)輸量、場(chǎng)地和腐化性的方法，因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)用于固體垃圾的收集壓縮和運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備成為垃圾處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5,6]。目前垃圾壓縮站有兩種，一種是地埋式垃圾壓縮站[7]，一種是移動(dòng)式垃圾壓縮站[8,9]，由于地埋式垃圾壓縮站垃圾壓縮處理能力要強(qiáng)于移動(dòng)式垃圾壓縮站，因此在一些垃圾量較大的地方有著廣泛的應(yīng)用。

對(duì)于埋地式垃圾壓縮站來(lái)說(shuō)，目前其操作時(shí)基本是面板操作，操作時(shí)離壓縮站距離較近，由于垃圾種類繁多，且沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理，使得操作環(huán)境比較惡劣，特別是在夏天，甚至無(wú)法接近操作面板。為此，針對(duì)某款地埋式垃圾壓縮站，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)。

1 垃圾壓縮站基本結(jié)構(gòu)及工作原理

地埋式垃圾壓縮站的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括機(jī)架、液壓油缸、壓頭、箱體中門和垃圾箱，其中，液壓油缸包括主副液壓缸，輔助液壓缸連接在頂部橫梁上，主液壓缸頂部與壓頭相連，壓頭對(duì)垃圾箱內(nèi)部的垃圾進(jìn)行壓縮處理。

壓縮時(shí)，先由輔助液壓缸帶動(dòng)壓頭向下伸展，達(dá)到最大行程后保持不動(dòng)，再由主缸驅(qū)動(dòng)對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮。完成壓縮后，推鏟機(jī)構(gòu)將垃圾塊推至垃圾儲(chǔ)存箱內(nèi)，再進(jìn)行第二塊壓縮，待全部完成后，壓頭上的掛鉤與箱體上的掛鉤相連，在主缸的驅(qū)動(dòng)下將其抬升至指定位置，最后由推鏟油缸驅(qū)動(dòng)推鏟將垃圾塊推至轉(zhuǎn)運(yùn)車上。

圖1 垃圾站總體圖

根據(jù)壓縮站的總體布局，系統(tǒng)中共有12個(gè)液壓缸，其中主、副液壓缸是1路管路，垃圾推入缸單獨(dú)1路液壓管路，前門升缸、掛箱缸、安全掛鉤和中門升缸都是左右各2個(gè)，左右兩個(gè)缸是同一管路，因此實(shí)際的控制閥只需要6個(gè)即可，每個(gè)控制閥分別有前進(jìn)和后退兩個(gè)操作，為此需要12個(gè)電磁閥，如圖2所示。

圖2 液壓系統(tǒng)總體布局圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如前所述，此次設(shè)計(jì)是在原控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，為此本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為利用單片機(jī)作為控制芯片，通過(guò)程序控制繼電器的狀態(tài)，繼而控制液壓缸的工作狀態(tài)以達(dá)到控制垃圾壓縮站的目的，其控制原理圖如圖3所示?？刂葡到y(tǒng)主要由信號(hào)發(fā)射、信號(hào)接收、單片機(jī)及繼電器組成。工作時(shí)，信號(hào)發(fā)射裝置傳遞給信號(hào)接收裝置一個(gè)信號(hào)，單片機(jī)開(kāi)始工作，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部程序控制繼電器繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的壓縮處理，12路控制的原理完全一致。

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

為此，控制系統(tǒng)主要是遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、無(wú)線發(fā)射模塊、無(wú)線接收模塊和繼電器控制。

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是其能正常工作所必須的外圍元件，大體可分為時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。此次設(shè)計(jì)選用的是AT89S51單片機(jī)，其自帶4K的FLASH程序存儲(chǔ)器，256B的RAM，32個(gè)I/O口，五個(gè)中斷源、兩個(gè)16位定時(shí)器，完全滿足外部輸入和控制輸出通道數(shù)的要求；復(fù)位電路采用上電復(fù)位方式；時(shí)鐘電路晶振11.0592MHz，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖4。

圖4 單片機(jī)最小系統(tǒng)

2.2 遙控部分設(shè)計(jì)

遙控部分的基本原理是利用三極管將編碼器的信號(hào)進(jìn)行放大，調(diào)制后，將此脈沖波經(jīng)由紅外發(fā)射管轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)發(fā)射出去，波長(zhǎng)為940nm。而接收管將接收到光信號(hào)后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大-增益-濾波-解調(diào)變-整形還原后，還原出遙控器給出的原始編碼，此時(shí)接收頭信號(hào)，并輸入到后續(xù)代碼對(duì)進(jìn)行識(shí)別。

紅外遙控部分選用PT2262/2272芯片為主構(gòu)成的無(wú)線遙控器，PT2262/2272互為配套，一對(duì)帶地址和數(shù)據(jù)編碼功能的遙控發(fā)射芯片和接收芯片。

PT2262是載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元三者都集成于一身的芯片，負(fù)責(zé)控制信號(hào)的發(fā)射。需要說(shuō)明的是，為了節(jié)省發(fā)射控制器面板，只布置了4個(gè)按鍵，通過(guò)不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)12個(gè)動(dòng)作的操作，其操作屬于點(diǎn)動(dòng)式遙控，每按下一個(gè)按鍵就有對(duì)應(yīng)的電磁波信號(hào)發(fā)射出去，無(wú)線發(fā)射裝置電路如圖5所示。

圖5 無(wú)線遙控發(fā)射電路

PT2272是接收芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控信號(hào)的還原，接收模塊的電路如圖6。

圖6 無(wú)線遙控接收電路

2.3 繼電器控制

垃圾壓縮站選用繼電器對(duì)液壓缸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，繼電器閉合時(shí)對(duì)應(yīng)的液壓閥門開(kāi)啟，繼電器斷開(kāi)時(shí)對(duì)應(yīng)的液壓閥關(guān)閉。因此控制相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要利用I/O口控制繼電器的控制端即可，其控制系統(tǒng)的原理如圖7所示，此處利用二極管來(lái)替代外部繼電器控制端。

圖7 繼電器控制系統(tǒng)電路

3 軟件程序設(shè)計(jì)

控制程序相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要檢測(cè)按鍵是否按下，然后按照對(duì)應(yīng)的鍵號(hào)處理即可，流程圖見(jiàn)圖8。

圖8 系統(tǒng)程序框圖

其中查表求鍵號(hào)相對(duì)復(fù)雜，其程序如下：

4 調(diào)試結(jié)果

如圖9所示為埋地式垃圾壓縮站實(shí)物圖，表1為垃圾壓縮站測(cè)試結(jié)果，包括垃圾處理量，垃圾尺寸、壓縮缸運(yùn)行速度和推入缸運(yùn)行速度都滿足要求，并且，通過(guò)實(shí)際的操作可以實(shí)現(xiàn)垃圾壓縮和垃圾箱上車等操作，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

表1 壓縮站測(cè)試結(jié)果

圖9 垃圾壓縮站實(shí)物圖

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際工程需要，完成了埋地式垃圾壓縮站遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)基于價(jià)格便宜的51單片機(jī)和遙控模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)工作過(guò)程的控制，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的。