張恒郡

摘要： 振動壓路機未來必然會向著無級調(diào)幅智能化的方向發(fā)展，本文從結(jié)構(gòu)方面入手，在液壓和控制系統(tǒng)中對無級調(diào)幅機械進行了創(chuàng)新設(shè)計。應(yīng)用該機械結(jié)構(gòu)的振動壓路機包含有兩個鋼輪。每個鋼輪都包含了雙激振器，從旋轉(zhuǎn)方向和相對夾角方面，通過對雙激振器的改變，能夠使壓路機具有各種振動功能;激振器油缸中的活塞塊處于不同位置時，輸出的振幅也會有所差異。本文從硬件方面對該控制系統(tǒng)進行了設(shè)計，并且在匯編各模塊時分別借助了ARM處理器和STM32處理器。

Abstract： The vibrating roller will develop in the direction of intelligence in the future. This paper is designs in hydraulic and control system. The vibrating roller applying this mechanical structure contains two steel wheels. Each steel wheel contains a double shock， which provides the roller with various vibration functions， and the amplitude of the output varies when the piston block in the shock machine cylinder is in different positions. This paper designs the control system in hardware， and uses the ARM and STM32 processors in compiling the modules.

關(guān)鍵詞： 多功能;無級調(diào)幅振動壓路機;電液控制系統(tǒng)

Key words： multi-function;pless amplitude vibration roller;electric and hydraulic control system

中圖分類號：U415.52+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）19-0072-04

0? 引言

路面壓實的過程十分復(fù)雜繁瑣，會受到許多因素的干擾。在壓實期間，增加土壤剛度會同時增加和降低最優(yōu)激振頻率和最優(yōu)振幅，為了使壓實效果能夠達到最佳，就需要分析和控制壓路機，保證特定剛度下的振動壓路所輸出的振幅和頻率是最優(yōu)的。

振動壓路機的結(jié)構(gòu)主體組成和動力源特點系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，由液壓元件、液壓泵以及控制器等組成。組成無級調(diào)節(jié)激振器的結(jié)構(gòu)主要有殼體以及轉(zhuǎn)動軸等。通過螺栓將這些結(jié)構(gòu)裝配在一起。兩個殼體內(nèi)腔中間是由活動偏心塊隔開的，也就是靠近和遠離e和f這兩個固定偏心塊腔體。殼體內(nèi)內(nèi)腔的活動偏心塊是可移動的，在激振器中應(yīng)用無級調(diào)節(jié)技術(shù)的過程中，軸承能夠作為振動鋼輪主要支撐。想要保證足夠的動力來對激振器進行無級調(diào)節(jié)，就需要轉(zhuǎn)動液壓馬達，由于偏心塊存在一定的自重，因此通過對激振器的旋轉(zhuǎn)能夠形成相應(yīng)的激振力。轉(zhuǎn)動液壓馬達能夠為激振器的無級調(diào)節(jié)提供動力，旋轉(zhuǎn)激振器偏心塊，在其自身質(zhì)量的作用下會有激振力產(chǎn)生。

1? 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 微處理器? 通過對存儲結(jié)構(gòu)的設(shè)計，能夠最大化的發(fā)揮存儲系統(tǒng)的優(yōu)勢;能夠使低壓邏輯在系統(tǒng)控制中的應(yīng)用更加標準。每一個ARM處理器都采用了相同的指令集，而ARM7采用了32位的地址總線，最初僅為26位，可以實現(xiàn)對最初的ARM處理器的兼容。COMS在ARM7中的狀態(tài)是靜止的，然而能夠得到長久的保存。

STM32這一種嵌入式應(yīng)用在性能、成本以及功耗等方面都具有一定的優(yōu)勢，ARMCortex-M3中的微控制器具有32位的內(nèi)核。本文所選用的系列時鐘為“增強型”STM32F103，其頻率為主要為72MHz，如此能夠執(zhí)行刪除代碼的指令，在同類產(chǎn)品中屬于性能最高的一種，產(chǎn)品能夠達到72MHz的閃存速度。STM32只需消耗36mA的電流，該產(chǎn)品在32位市場上屬于最低功耗型。

1.2 ADS8341數(shù)據(jù)采集芯片? ADS8341是最具代表性的A/D轉(zhuǎn)換器，與寄存器較為相似。其采用了能夠再次分配電容的架構(gòu)，其主要能夠在本地保存樣本。該轉(zhuǎn)換器主要采用的生產(chǎn)工藝為0.6μmCMOS。圖片中展示了ADS834所具有的基本操作?？梢詫⒁粋€時鐘設(shè)置在該設(shè)備外部作為參考。采用2.7V-5.25V的單電源就能夠提供其工作所需的電壓。在確定轉(zhuǎn)換器能夠輸入的范圍大小時，需要結(jié)合參考電壓。在決定轉(zhuǎn)化率平均參考值時，需要結(jié)合ADS8341的輸入電流。轉(zhuǎn)換器的輸入需要借助差分模擬技術(shù)，并且應(yīng)用的多路復(fù)用器為四通道型。由于轉(zhuǎn)換器中應(yīng)用的是差分模擬輸入技術(shù)，再加上應(yīng)用四通道需要借助多路復(fù)用器的支持。因此，在符合參考電壓的條件下，可以在四通道上采用COM引腳或差分來進行輸入。選擇特定的數(shù)字接口能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的配置。如圖2、圖3所示。

1.3 RS-232串行通訊接口

在對RS-232接口進行制定的過程中，通過對ELA的采用，能夠滿足串行數(shù)據(jù)的通信標準，在計算機中主要用于連接外設(shè)串行接口。本文主要采用RS-232接口向微處理器STM32傳出壓實度儀相關(guān)數(shù)據(jù)，其能夠做出相應(yīng)的反饋控制。依據(jù)負邏輯和地對稱理論能夠?qū)⑾鄳?yīng)的數(shù)字量傳送給RS-232C，需要按照邏輯1：-3-15V邏輯0：+3～+15V。因此，在對單片機進行連接時，一般來說需要將電平轉(zhuǎn)換為芯片[3]。如圖4所示。

2? 設(shè)計控制系統(tǒng)軟件

2.1 系統(tǒng)的自檢模式? 在控制系統(tǒng)的眾多功能中，最重要的就是自檢，能夠使系統(tǒng)性能得到大幅提升。在開始自檢之前需要先初始化系統(tǒng)，并進行外部設(shè)計，例如需要在外部對4、3、2部位進行斷開。并且需要再次設(shè)置系統(tǒng)參量，并開啟電磁右端閥門，以此來保證活塞塊達到最大的位移距離，定時器3在開啟后，能夠獲取到流量計采集到的輸出脈沖數(shù)值。采樣時能夠達到1000Hz的速率，nofc如果低于3000技術(shù)參量，系統(tǒng)即會開啟電磁閥3s以上，活塞塊的位移最大。這個時候需要判斷流量計是否能夠釋輸出20以上的脈沖。在關(guān)閉電磁右端的閥門后，需要再次設(shè)置的定時器及其參數(shù)值。電磁左端的閥門以及定時器在這個時候需要同時開啟，通過對上述操作的反復(fù)進行可以得知，在上述行程內(nèi)的流量計不會超過20次脈沖，即活塞塊的位移或微移動并未發(fā)生。這個時候系統(tǒng)會發(fā)出警報來提示發(fā)生異常[4]。

2.2 系統(tǒng)自動標定模式

在按下系統(tǒng)標定按鈕的同時，會中斷ARM外部4，此時程序會被中斷。如果按下按鈕開啟手動或自動模式時，中斷就會生效。假設(shè)系統(tǒng)的flage標識參量為0x01，按照0x5step參量來操作系統(tǒng)，在再次設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)后，也會相應(yīng)改變定時器3的參數(shù)。不僅需要開啟電磁閥右端閥門，還需要打開定時器，流量計在輸出脈沖信號時如果能夠達到20ms的速度，就能夠?qū)⒒钊麎K移到系統(tǒng)最高處。這個時候電磁閥右端需要關(guān)閉。同時需要關(guān)閉定時器3，按照0x01step步驟來操作系統(tǒng)，重復(fù)上述操作四次，并記錄流量計在后三次循環(huán)中的脈沖數(shù)，根據(jù)相應(yīng)的公式進行K求知，并在第一扇區(qū)的SD卡中進行保存。如圖5所示。

2.3 外部中斷模式? 外部4發(fā)生中斷是由于標定按鈕被按下所導致的，系統(tǒng)首先會判斷是處于自動還是手動控制模式，以及是否在正常工作，只有兩個條件都不符合時，才能夠保持對相應(yīng)函數(shù)的繼續(xù)執(zhí)行，如果falge和step的賦值分別為0x01和0x05。那么按鈕在彈起后，就會引起外部再次出現(xiàn)中斷，如果每一個按鈕都處于彈起狀態(tài)，那么系統(tǒng)在0x05，賦值的flag情況下無法工作，活塞塊將朝著激振器移動[6]。

2.4 參數(shù)匹配模式? 首先需要在200長度的match數(shù)組中插入SD卡進行讀取，并反復(fù)比較目前的壓實度值，最終找出最優(yōu)解。

2.5 手動控制模式? 系統(tǒng)在經(jīng)過初始化后，如果自檢結(jié)果并無異常，那么通過對按鈕的手動觸發(fā)，能夠斷開外部3，系統(tǒng)能夠達到0x02賦值的flage表示參量。在SD卡中，通過對第二扇區(qū)的讀取，能夠?qū)崿F(xiàn)對200長度的match[]數(shù)組、read8341（0xa4）函數(shù)的數(shù)據(jù)裝載和調(diào)用，這個時候需要采集電位器所具有的輸出量，并且需要匹配實壓度參數(shù)。5.55.14和STM32的DA口分別具有Δn和i的計算功能和直接輸出通過變量泵電磁鐵中的電流i的功能。在控制Δn流量補償參數(shù)的過程中，最首要的就是確定Δn屬于正值還是負值，如果是正值，那么就需要再次設(shè)置系統(tǒng)參量，將電磁右端的閥門打開，并為定時器3賦能，持續(xù)到流量計的流量補償參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)相等為止。如果是負值，就需要開啟電磁左端的閥門[7]。如圖6所示。

2.6 自動控制模式

系統(tǒng)在經(jīng)過初始化后，如果自檢結(jié)果并無異常，那么通過對按鈕的手動觸發(fā)，能夠斷開外部2，系統(tǒng)此時的標識標識參量為0x03賦值。位于第二扇區(qū)的SD卡能夠裝載200進度數(shù)據(jù)的數(shù)組match[]，通過對readdegree（）函數(shù)的調(diào)用，對壓實度儀的訪問，能夠了解到路面此時的壓實度，并進行參數(shù)匹配，計算Δn和i。在變量泵中應(yīng)用STM32的DA口能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁鐵電流i的直接輸出，并且能夠控制需要補償?shù)摩流量參數(shù)，首先需要了解Δn處于正值還是負值，如果是正值，那么較系統(tǒng)參數(shù)就會被充值，這個時候電磁閥右端開啟后能夠同時賦能定時器3，指導流量計轉(zhuǎn)速與流量補償具有相同的參數(shù)為止。如果是負值Δn，那么需要開啟電磁閥左端。如圖7所示。

3? 結(jié)束語

本文從目標、控制規(guī)則以及相關(guān)方案方面對控制系統(tǒng)進行了確定;在控制系統(tǒng)中增加了手動和自動這兩種模式，以此來對壓路機進行調(diào)幅和調(diào)頻。該控制系統(tǒng)的ARM微處理器和STM32微處理器屬于硬件;系統(tǒng)具有6個模式的軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對任意模塊的獨立匯編。用來壓實地面的振動壓路機具有復(fù)雜的過程，提出了調(diào)幅和調(diào)頻控制采用專家系統(tǒng)的理念。做了相應(yīng)的理論分析。

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