基于嵌入式和触摸屏沥青洒布量控制器的设计.docVIP

基于嵌入式和触摸屏沥青洒布量控制器的设计.doc

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基于嵌入式和触摸屏沥青洒布量控制器的设计 房晓 E-mail:410959849@ 青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东 青岛 266042 摘 要:由于沥青洒布车的智能化程度对于洒布效果及路面性能具有重要影响,在分析智能沥青洒布车的控制要求的基础上,设计了基于嵌入式和触摸屏的沥青洒布量控制器,并分别介绍了其硬件组成及软件设计。应用表明,该系统可实现对洒布宽度、洒布量的精确控制。 关键词:智能沥青洒布车;嵌入式;触摸屏 Design of Asphalt Spraying Volume Controller Based on Embedded and Touch Screen 0 引言 随着高速公路和城市道路建设的发展,原来采用人工以瓢泼的方式进行沥青铺路,远不能适应现代道路建设发展的要求,新形势下沥青路面的沥青铺设,完全由机械化来替代人工或者半人工作业。同时,高标准的道路对沥青洒布量的控制提出更高的要求。各种基于自动功能的沥青洒布车不断涌出,典型沥青洒布车洒布量控制器可以实现,沥青洒布路面的宽度可自行调节或设定,沥青洒布路面的每个沥青喷嘴都具有独立控制开闭,喷嘴设计可进行三重叠喷洒;沥青洒布量控制器可设定铺设路面的宽度,喷洒量的多少,实现最近优化推荐档位和车速,而这些功能通常采用人工辅助操作电气控制的实现。本文根据沥青洒布车洒布量工艺的要求,采用单片机STM32F103为控制核心,输出以14-85mA电流来控制沥青泵转速,用4501来控制沥青喷嘴的电磁阀,同时以触摸屏作为人机交互界面,实现整机的状态检测功能。 1智能沥青洒布车的控制要求 (1)沥青罐中的沥青温度可控。可根据要求进行温度控制,使沥青罐中的沥青温度保持在合适的范围内。 (2)沥青喷嘴的控制。施工过程中对洒布宽度、洒布量有要求,因此对每个喷嘴要能独立控制。 (3)行驶车速的控制。一定的车速对应一定的洒布量,因此设定完洒布量后,应实行相应的行驶速度控制。 (4)良好的人机交互界面。良好的界面方便对车辆的各种关键参数进行实时显示,并能在出现特殊状况时进行相应的显示和提醒。此外,通过人机交互系统,还可以对施工参数进行设置,并对洒布车进行相应的控制。 (5)气动系统的控制。将压缩空气引入操作系统,不仅作为动力通过电磁阀去控制沥青阀门和喷嘴,还可用于沥青管路的吹扫。在喷洒结束后,可将管道内剩余沥青压回储罐,并将全部喷嘴吹扫干净,方便下次使用。 2智能沥青洒布车控制系统硬件设计 2.1控制功能分析 沥青洒布量控制器的主要功能有:通过人机交互界面,选择洒布路面宽度,选择洒布喷嘴的多少来实现;洒布量的选择,根据洒布量多少、喷嘴喷出的量与沥青洒布车车速得出;通过电磁阀控制喷嘴的通断来实现的沥青的喷出并通过喷嘴的升降,到达洒布路面沥青的均匀性和精度;喷出沥青的量与喷出的压力有关系,而控制沥青压力则由控制器输出14-85mA电流控制沥青泵的转速,达到控制喷嘴沥青流量的目的;人性化操作界面显示主要的工作参数:洒布宽度、洒布量、沥青泵温度、推荐最佳车速、沥青泵理想转速、实测车速、洒布沥青累计显示。控制器安装在驾驶室内,不需要后台操作人员。洒布量实现闭环控制,根据设定洒布量,开通喷嘴的多少与沥青泵的转速速度信号实现闭环控制,达到沥青泵转速调整,从而保证洒布量不变,减少喷洒误差,提高洒布精度。 根据以上条件,确定控制系统的组成如图1所示: 图1 控制系统 2.2单片机STM32103 STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。时钟频率达到72MHz,内置32K到128K的闪存。采用以单片机STM32F103为控制核心的沥青洒布量控制器,通过输出14-85mA电流控制泵的转速来调节沥青喷洒压力进而控制沥青洒布量。根据洒布车的速度、洒布量的多少,及时调整沥青泵的转速,来保证沥青洒布量的恒定,沥青洒布量控制在适当速度下设定闭环控制系统,保证洒布量的精度。控制器闭环控制原理图如图2 所示。 图2 控制器闭环控制原理图 2.3触摸屏的选择 选用台达触摸屏作为人机交互界面。台达触摸屏是一种可接收触头等输入信号的感应式液晶显示装置,当接触了屏幕上的图形按钮时,屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置,可用以取代机械式的按钮面板,具有易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点。 3智能沥青洒布车控制系统软件设计 控制系统的软件设计就是在硬件的基础上,根据要实现的控制要求,使用特定的编程软件编制合理的用户程序。整个控制系统软件在执行控制功能时主要实现两方面的作用:一是实现对洒布系统的自动控制,即根据洒布过程中车速的变化来调节沥青泵的转速,从而实现洒布量的控制;二是对各种管路的阀门自动开启和洒布车状态进行检测。洒布过程中的行驶

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