基于PIC單片機控制的公路熱熔涂料標線自動劃線機的研究

趙立燕（山東交通職業學院機電工程學院，山東 濰坊 261206）

基于PIC單片機控制的公路熱熔涂料標線自動劃線機的研究

趙立燕
（山東交通職業學院機電工程學院，山東 濰坊 261206）

目前，在公路熱熔涂料標線劃線機市場上，主要有智能型自動劃線機和手推式劃線機兩種。智能型自動劃線機主要依靠進口，技術先進，但結構龐大，價格昂貴（大約20-30萬美元）；手推式劃線機結構簡單、價格較低（大約3-5萬元人民幣），但操作繁瑣、勞動強度高，道路施工劃線質量受操作人員技術水平制約。針對以上問題，本文設計了一種價格較低、操作簡單的基于PIC單片機控制的手推式公路熱熔涂料標線自動劃線機。

熱熔涂料；自動劃線機；PIC單片機

0　緒論

熱熔型道路劃線機是隨著熱熔型涂料的發展而逐漸發展提高起來的，用來涂刷熱熔型反光涂料，具有涂料與路面粘結力強、定向反光效果好、耐磨、抗老化、干燥迅速、流動性好等優點，但此種結構材料對所使用的劃線機技術要求高。施工需要有數臺設備分別完成從熔料到劃線各個環節。智能型自動劃線機主要依靠進口，技術先進，但結構龐大，價格昂貴，難以大面積推廣；手推式劃線機結構簡單、價格較低，但操作繁瑣、工人勞動強度高，難以鋪設均勻間隔線，至今尚無理想的國產機型。針對以上問題，本文設計了一種價格較低、操作簡單的基于PIC單片機控制的手推式公路熱熔涂料標線自動劃線機。它具有涂料加熱、涂料溫度顯示、自動出料控制功能。

本文主要討論了它機械結構和控制系統的軟硬件設計。

1　機械部分結構及工作原理

基于PIC 單片機控制的熱熔涂料標線自動劃線機工作時，溫度檢測裝置先檢測熔釜內熱熔融的涂料溫度，將檢測到的溫度與設定的溫度進行比較，加熱系統控制模塊根據比較的結果控制加熱系統的啟停，對涂料進行加熱或保溫，顯示模塊顯示溫度檢測模塊檢測到的實時溫度，當檢測溫度達到預設溫度后，熱熔涂料經料斗過濾，攪拌葉片攪拌均勻，由電磁閥控制料門自動打開出料開始劃線，同時后部的玻璃珠儲箱開關也開始撒玻璃珠，劃線機在移動過程中，熱涂料緩緩流入料斗后涂敷在路面上，同時玻璃珠通過撒珠箱落在涂料層中，含有玻璃珠的涂料層冷卻后形成反光型熱熔涂料標線。其原理示意圖如圖1所示。

圖1　原理示意圖

該劃線機主要由前后車輪、機架、攪拌桶、劃線斗、玻璃珠斗、撒播器、電動機及單片機等組成。該機型結構緊湊，質量可靠，操作簡便。該機的熔料釜采用耐熱不銹鋼制造，機身配有溫度檢測控制裝置。涂料斗通過調整杠桿的高度來實現無級調節涂膜厚度。涂料斗與地接觸的落地刀采用耐磨硬質合金制造，使其具有很好的耐久性；玻璃珠的撒布采用齒條軸隨劃線車的前進而聯動的定量進料裝置，當劃線機進行劃線時，定量輥灑下與所涂面積相當的玻璃珠，且玻璃珠撒布裝置備有離合裝置，可方便地離合，控制撒布裝置的動作狀態。

2　道路劃線車控制系統總體設計

道路劃線車控制系統總體設計包括硬件和軟件兩部分，主要有設定模塊，溫度檢測模塊，加熱系統控制模塊，自動出料控制模塊和顯示模塊五個部分。硬件部分主要介紹單片機和其它外圍硬件電路的聯系，軟件部分包括控制系統主程序設計。

2.1控制系統硬件設計

根據道路劃線車控制系統功能需要，其硬件電路包括單片機復位和時鐘電路，溫度儀，加熱器件，電機控制電路、顯示電路。其結構簡圖如圖2所示。

圖2　結構簡圖

單片機選用作為控制主機。PIC16F676是MICROCHIP公司的一款14引腳封裝雙列直插式結構的中檔單片機，它體積小，功耗低，指令少，抗干擾性好，可靠性高，具有較強的模擬接口，代碼保密性好。在一些小型應用中，比傳統的C51單片機更加靈活。

溫度控制器采用歐姆龍E5CSZ溫度控制器。它是一種精確的溫度檢測控制器，可以對溫度進行數字量化控制。采用熱電偶作為溫度檢測元件，它的原理是把熱電偶設計到相應電路中，熱電偶隨溫度變化而改變，就會產生相應的電壓電流改變，再通過微控制器對改變的電壓電流進行檢測、量化顯示出來，并做相應的控制。數字溫度控制器具有精確度高、靈敏度好、直觀、操作方便等特點。

電磁閥選用高粘度法蘭電磁閥。當線圈通電時，先導閥芯吸合，先導孔打開，閥上腔卸壓，活塞靠下腔介質壓力推動，電磁閥打開出料。當線圈斷電時，先導閥芯靠彈簧復位，先導孔關閉，閥上腔由活塞節流孔增壓和復位彈簧的推力，電磁閥關閉。

根據PIC16F676的端口功能和控制系統的需求情況，對單片機的端口進行分配，分配情況如表1。

表1　PIC16F676端口分配表

2.2道路劃線車控制系統軟件設計

道路劃線車控制系統的主程序主要完成單片機的初始化涂料溫度檢測、料斗自動出料和涂料溫度顯示功能。其程序流程圖如圖3所示。

3　總結

基于PIC單片機控制的公路熱熔涂料標線自動劃線機它不同于以往的劃線機，通過單片機的控制，將自動化和低成本統一起來，實現劃線設備的升級，大大降低了操作人員的勞動強度。該新產品具有廣闊的市場空間。本文設計的道路劃線車控制系統基本可以滿足設計的要求，但是它在抗干擾方面還需要進一步改善。

［1］陳先惠，蘇東海.加熱溶劑型公路標線涂料的噴涂設備研制［J］.流體傳動與控制，2004（07）.

［2］鄂曉宇，王敏.高壓無氣冷噴漆劃線車的發展概況和趨勢［J］.養護機械與施工技術，2004（05）.

［3］李克，林金木.一種新型公路劃線車的專用噴涂系統［J］.湖南大學學報，1996（02）.

［4］張明峰.PIC單片機入門與實戰［M］.北京航空航天大學出版社，2004.

［5］羅翼，張宏偉.PIC單片機應用系統開發典型實例［M］.中國電力出版社，2005.

［6］陳國柱.基于PIC單片機的的道路劃線車控制系統設計［D］.太遠理工大學碩士論文，2007（05）.

圖3　流程圖

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.028

趙立燕（1981-），女，工學學士，講師，主要從事電子信息、自動控制等方面的教學工作。