圖1 壓路機(jī)—路基壓實(shí)系統(tǒng)模型

振動(dòng)壓路機(jī)模型如圖1所示。在由振動(dòng)壓路機(jī)—路基組成的壓實(shí)系統(tǒng)中,振動(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化和路面的剛度密切相關(guān),而路面的剛度與壓實(shí)度正相關(guān),因此,振動(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化和壓實(shí)度密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)振動(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析,可以反映路面壓實(shí)度變化。
壓實(shí)初期,路基填料比較疏松,壓實(shí)度低,路基的彈性剛度小,因而阻尼大,振動(dòng)輪的響應(yīng)小。隨著壓實(shí)次數(shù)增加,路基的剛度增大,阻尼變小,振動(dòng)輪的響應(yīng)變大。
當(dāng)路面的壓實(shí)度增大到一定程度后,由于偏心塊系統(tǒng)的不平衡性及非線性,振動(dòng)壓路機(jī)能夠產(chǎn)生跳振,因而產(chǎn)生特殊的次諧波分量。而且壓實(shí)度越高,次諧波分量成分也越高。通過(guò)對(duì)基波與二次諧波的比值與壓實(shí)度進(jìn)行標(biāo)定,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓實(shí)度的準(zhǔn)確測(cè)量。

圖2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
集成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基本原則是：安全可靠：硬件設(shè)備要滿足使用環(huán)境的溫度、濕度、振動(dòng)、粉塵等要求。有足夠的抗干擾能力：硬件系統(tǒng)有完善的抗干擾措施,是保證系統(tǒng)精度、工作正常的必要條件。經(jīng)濟(jì)合理：計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備在滿足測(cè)試系統(tǒng)的速度、存儲(chǔ)容量、兼容性、可靠性的基礎(chǔ)上,合理選用和設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件。
針對(duì)本系統(tǒng)中涉及的采樣參數(shù)較多、運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn),用普通的單片機(jī)難以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。因此本系統(tǒng)采用了德州儀器(TI)公司的TMS320LF2407A(以下簡(jiǎn)稱LF2407A)處理器作為主控芯片。
硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示,加速度傳感器安裝在振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)輪的軸承上,用來(lái)采集振動(dòng)輪在垂直方向的加速度信號(hào),此信號(hào)包含來(lái)自軸承、激振馬達(dá)等的干擾波。經(jīng)電荷放大器放大后,分為兩路。一路經(jīng)濾波器濾波,去掉干擾波信號(hào)后,送入A/D采樣通道2;另一路經(jīng)諧波濾波器,送入A/D采樣通道3,此處諧波濾波器的作用是僅使振動(dòng)產(chǎn)生的一次諧波通過(guò)。在LF2407A內(nèi)部對(duì)兩路信號(hào)首先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,然后再對(duì)數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行快速傅立葉變換,最終得到一個(gè)與路基壓實(shí)度成比例的值,通過(guò)對(duì)該值和壓實(shí)度值進(jìn)行標(biāo)定,可以用來(lái)準(zhǔn)確表示壓實(shí)度值變化。
速度傳感器安裝在車輪上,采集來(lái)的信號(hào)輸入A/D采樣通道1,用來(lái)計(jì)算振動(dòng)壓路機(jī)的行駛速度和里程。
鍵盤用于輸入用戶指令,是系統(tǒng)中很關(guān)鍵的部件,通過(guò)鍵盤按鍵響應(yīng)與液晶菜單選擇,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)里程設(shè)置、壓路機(jī)參數(shù)設(shè)置、振動(dòng)頻率顯示、保存、打印等功能。

圖3 軟件設(shè)計(jì)流程

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
軟件是實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)各種功能的關(guān)鍵。軟件設(shè)計(jì)的基本原則是：
①結(jié)構(gòu)合理。程序采用結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)。這不僅有利于程序的進(jìn)一步擴(kuò)充,而且有利于程序的修改和維護(hù)。
②操作性能好。在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),要考慮盡可能降低對(duì)操作人員專業(yè)知識(shí)的要求,做到系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔、操作方便。
③具有一定的自診斷功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測(cè)程序,以便在發(fā)生故障時(shí),便于查找故障部位。
LF2407A支持匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編程。使用C語(yǔ)言編程時(shí),其代碼的優(yōu)化率可以達(dá)到90%。而且在編程過(guò)程中可以嵌入?yún)R編語(yǔ)言,因此編程靈活、方便。
軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。其中,按鍵服務(wù)子程序又包括：檢測(cè)里程設(shè)置、壓路機(jī)參數(shù)設(shè)置、土類設(shè)置、連續(xù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)置、保存、打印、退出等。
結(jié)語(yǔ)
本文論述的系統(tǒng)在結(jié)合現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用先進(jìn)的DSP,駕駛員可以從顯示器上隨時(shí)查看壓實(shí)情況、振動(dòng)頻率、運(yùn)行速度,能夠?qū)崿F(xiàn)壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制,精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。■