除雪車預(yù)濕撒布系統(tǒng)控制器

桑運曉+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)護工作的一項重要工作。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，能夠通過對液壓機構(gòu)的電液控制來實現(xiàn)智能化、精確化、高效率的撒布操作。本文首先對預(yù)濕撒布系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹，然后從控制器、信號處理器、中心處理器等幾個方面來進(jìn)行設(shè)計除雪車預(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；電液控制

一、預(yù)濕撒布系統(tǒng)簡介

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。整個系統(tǒng)由控制器和液壓機構(gòu)兩部分組成，控制器負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運行，液壓機構(gòu)是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(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，自動方式和手動方式，分別用在不同的作業(yè)場合。自動方式下，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車速和撒布寬度的變化，自動更新驅(qū)動液壓馬達(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，按下全速執(zhí)行鍵或者設(shè)定速度執(zhí)行鍵，系統(tǒng)會以滿參數(shù)或者設(shè)定參數(shù)驅(qū)動液壓馬達(dá)，滿足最大撒布量和設(shè)定撒布量的撒布要求，在特殊地段和危險地段作業(yè)時非常有用。另外，執(zhí)行撒布操作時，操作員可以根據(jù)具體情況隨時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)會根據(jù)設(shè)定要求更新驅(qū)動液壓馬達(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

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處理器。傳感器通過連接通道把外部信號傳送給信號處理器，信號處理器負(fù)責(zé)檢測、采集和處理傳感器信號，并把從中心處理器來的控制信號進(jìn)行分析、處理，然后輸出三路模擬信號驅(qū)動液壓機構(gòu)，同時把要顯示的數(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處理器，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、聲光報警等功能。

圖2.1總體方案示意圖

三、信號處理器方案設(shè)計

信號處理器采用單片機為核心處理器，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)。主要實現(xiàn)各個傳感器信號的采集、分析、處理，模擬信號的輸出以及與中心處理器的通信等功能。信號處理器的硬件組成應(yīng)包括傳感器輸入信號的調(diào)理電路，電源系統(tǒng)，輸出信號的隔離放大電路以及通信系統(tǒng)電路。信號處理器具體功能如下：

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

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

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

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

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

四、中心處理器方案設(shè)計

中心處理器同樣采用單片機為核心處理器，和實時時鐘芯片、數(shù)據(jù)存儲芯片等各功能芯片共同組成硬件系統(tǒng)。主要實現(xiàn)對按鍵和開關(guān)控制信息的分析、處理，數(shù)據(jù)存儲，操作狀態(tài)的顯示，故障報警以及與信號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）人機通道，對信號處理器發(fā)出控制命令，并實時接收從信號處理器傳來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運算、處理最后顯示出來。

（2）故障報警指示，具有聲光報警功能。

（3）作業(yè)數(shù)據(jù)和運行參數(shù)存儲功能。

（4）日期與時間顯示功能。

（5）通過一串口與信號處理器通信，實時發(fā)送控制命令和接收數(shù)據(jù)。

結(jié)論

隨著社會的發(fā)展及機械化技術(shù)水平的不斷提高，人們迫切需要有一種性能良好、自動化程度較高的機械來代替?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)航自動撒布控制系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)融雪撒布車采用單級或多級速度調(diào)節(jié)的不精確、低效率的缺點。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，自動的完成撒布操作。因此，本控制器的研制對于開發(fā)新型多功能除雪車具有重要的推動作用。

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