桑運(yùn)曉+潘俊朋+賈超偉+劉同壯

摘要：為了保證公路安全和暢通的行車環(huán)境，減輕或防止路面積雪造成的行車影響及危害，冬季除雪防滑成為公路養(yǎng)護(hù)工作的一項(xiàng)重要工作。因此，研制一種除雪效率高、成本低、污染小的多功能除雪車就越來越受人們的重視。所研制的預(yù)濕撒布系統(tǒng)控制器安裝在多功能除雪車上，能夠通過對(duì)液壓機(jī)構(gòu)的電液控制來實(shí)現(xiàn)智能化、精確化、高效率的撒布操作。本文首先對(duì)預(yù)濕撒布系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，然后從控制器、信號(hào)處理器、中心處理器等幾個(gè)方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)除雪車預(yù)濕撒布系統(tǒng)控制器。

關(guān)鍵詞：除雪車；撒布系統(tǒng)；單片機(jī)；電液控制

一、預(yù)濕撒布系統(tǒng)簡(jiǎn)介

預(yù)濕撒布系統(tǒng)是以數(shù)字控制芯片為核心，通過電液控制撒布機(jī)構(gòu)，使得除雪車能夠按設(shè)定好的撒布量和預(yù)濕比例，把混合物料均勻的拋撒在路面上。整個(gè)系統(tǒng)由控制器和液壓機(jī)構(gòu)兩部分組成，控制器負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行，液壓機(jī)構(gòu)是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)物料的拋撒。

該系統(tǒng)有五種操作模式預(yù)濕撒布模式、撒鹽模式、撒砂模式、卸料模式、編程設(shè)定模式，可以通過選擇開關(guān)來切換。有兩種工作方式，自動(dòng)方式和手動(dòng)方式，分別用在不同的作業(yè)場(chǎng)合。自動(dòng)方式下，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車速和撒布寬度的變化，自動(dòng)更新驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的參數(shù)以滿足設(shè)定撒布量的要求，此種方式應(yīng)用于正常撒布情況。手動(dòng)方式下，控制系統(tǒng)是按照操作員設(shè)定的恒定速度來操作的，此種方式用于試驗(yàn)校準(zhǔn)和低速等特殊作業(yè)工況。兩種工作方式可以通過具體按鍵相互切換。

撒布操作正常執(zhí)行時(shí)，按下全速執(zhí)行鍵或者設(shè)定速度執(zhí)行鍵，系統(tǒng)會(huì)以滿參數(shù)或者設(shè)定參數(shù)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，滿足最大撒布量和設(shè)定撒布量的撒布要求，在特殊地段和危險(xiǎn)地段作業(yè)時(shí)非常有用。另外，執(zhí)行撒布操作時(shí)，操作員可以根據(jù)具體情況隨時(shí)改變需要的撒布量和撒布寬度，每當(dāng)新的數(shù)據(jù)設(shè)定后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定要求更新驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的參數(shù)以滿足新的設(shè)定要求。

二、控制器總體方案設(shè)計(jì)

總體方案示意圖如圖2.1所示。該控制器的控制結(jié)構(gòu)分為兩部分中心處理器和信號(hào)處理器。傳感器通過連接通道把外部信號(hào)傳送給信號(hào)處理器，信號(hào)處理器負(fù)責(zé)檢測(cè)、采集和處理傳感器信號(hào)，并把從中心處理器來的控制信號(hào)進(jìn)行分析、處理，然后輸出三路模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)構(gòu)，同時(shí)把要顯示的數(shù)據(jù)傳給中心處理器。中心處理器主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生控制信息，并把控制命令傳遞給信號(hào)處理器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、聲光報(bào)警等功能。

圖2.1總體方案示意圖

三、信號(hào)處理器方案設(shè)計(jì)

信號(hào)處理器采用單片機(jī)為核心處理器，選擇了芯片結(jié)合其它的各種芯片共同組成了控制器的硬件系統(tǒng)。主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器信號(hào)的采集、分析、處理，模擬信號(hào)的輸出以及與中心處理器的通信等功能。信號(hào)處理器的硬件組成應(yīng)包括傳感器輸入信號(hào)的調(diào)理電路，電源系統(tǒng)，輸出信號(hào)的隔離放大電路以及通信系統(tǒng)電路。信號(hào)處理器具體功能如下：

（1）接收車速傳感器的脈沖信號(hào)，并通過光禍把脈沖信號(hào)整形，然后再轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠接收的電平信號(hào)。

（2）給輸送帶脈沖編碼器提供電源，接收編碼器的脈沖信號(hào)，并通過光藕把脈沖信號(hào)整形，然后再轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠接收的電平信號(hào)。

（3）給聲控傳感器提供電源，接收聲控開關(guān)信號(hào)，并通過光藕把信號(hào)隔離，然后再轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠接收的電平信號(hào)。

（4）根據(jù)控制命令和傳感器信號(hào)判斷系統(tǒng)狀態(tài)，從而輸出相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)構(gòu)。

（5）通過一串口與中心處理器通信，實(shí)時(shí)接收控制命令和傳遞數(shù)據(jù)。

四、中心處理器方案設(shè)計(jì)

中心處理器同樣采用單片機(jī)為核心處理器，和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片等各功能芯片共同組成硬件系統(tǒng)。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵和開關(guān)控制信息的分析、處理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，操作狀態(tài)的顯示，故障報(bào)警以及與信號(hào)處理器的通信等功能。中心處理器的硬件組成應(yīng)包括鍵盤接口電路，報(bào)警指示電路，顯示接口電路，各功能模塊電路，電源系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)電路。中心處理器具體功能如下：

（1）人機(jī)通道，對(duì)信號(hào)處理器發(fā)出控制命令，并實(shí)時(shí)接收從信號(hào)處理器傳來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算、處理最后顯示出來。

（2）故障報(bào)警指示，具有聲光報(bào)警功能。

（3）作業(yè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)存儲(chǔ)功能。

（4）日期與時(shí)間顯示功能。

（5）通過一串口與信號(hào)處理器通信，實(shí)時(shí)發(fā)送控制命令和接收數(shù)據(jù)。

結(jié)論

隨著社會(huì)的發(fā)展及機(jī)械化技術(shù)水平的不斷提高，人們迫切需要有一種性能良好、自動(dòng)化程度較高的機(jī)械來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的清雪方法。多功能除雪車的研制正是在此背景下被提出的，它采用車速導(dǎo)航自動(dòng)撒布控制系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)融雪撒布車采用單級(jí)或多級(jí)速度調(diào)節(jié)的不精確、低效率的缺點(diǎn)。而本文所提出的預(yù)濕撒布系統(tǒng)控制器可以說是多功能除雪車上的“大腦”，正是在此控制器的控制下，除雪車才能夠按規(guī)定，自動(dòng)的完成撒布操作。因此，本控制器的研制對(duì)于開發(fā)新型多功能除雪車具有重要的推動(dòng)作用。

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