1引言

　　在我國(guó)北方，冬季普遍降雪，特別是一些高寒地區(qū)，降雪期長(zhǎng)達(dá)5-6個(gè)月。積雪給道路、機(jī)場(chǎng)及人們出行帶來(lái)極大的危害，甚至造成交通中斷，屢屢發(fā)生事故。因此，降雪后迅速、有效地清除積雪，保證道路通暢一直是一個(gè)難題。

　　傳統(tǒng)的除雪方法有兩種：一是以人工清除。人工除雪最大的缺點(diǎn)是效率低，且必須在白天工作，嚴(yán)重影響交通，給過(guò)往車(chē)輛、行人帶來(lái)極大不便。二是拋灑融雪劑。鹽是最經(jīng)濟(jì)，最有效的融雪劑，但是如果撒布作業(yè)操作控制不當(dāng)，撒鹽過(guò)量，會(huì)損害植物，污染地下水，對(duì)環(huán)境造成危害，還會(huì)浪費(fèi)資源，增大經(jīng)濟(jì)損失[1]。

　　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(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的清雪方法。多功能除雪車(chē)的研制正是在此背景下被提出的，它采用車(chē)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(chē)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)。而本文所提出的智能撒布系統(tǒng)控制器可以說(shuō)是多功能除雪車(chē)上的“大腦”，正是在此控制器的控制下，除雪車(chē)才能夠按規(guī)定，自動(dòng)的完成撒布操作。因此，智能撒布系統(tǒng)控制器對(duì)于研制新型多功能除雪車(chē)具有重要的推動(dòng)作用[2]。

　　2撒布系統(tǒng)

　　撒布系統(tǒng)以數(shù)字控制芯片為核心，通過(guò)電液控制撒布機(jī)構(gòu)，使得除雪車(chē)能夠按設(shè)定好的撒布量，把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(chē)速、撒布寬度以及的變化，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(lái)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。

　　系統(tǒng)還可以由操作者根據(jù)具體情況，給定驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的電流參數(shù)，滿足設(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)，操作者可以根據(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)兩個(gè)液壓馬達(dá)的電流參數(shù)以滿足新的設(shè)定要求。

　　3撒布系統(tǒng)控制器

　　控制器是撒布系統(tǒng)的核心部分，是系統(tǒng)各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)者，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。該控制器的控制結(jié)構(gòu)分為兩部分：主控制器和信號(hào)處理器。傳感器通過(guò)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)，并把從主控制器來(lái)的控制信號(hào)進(jìn)行分析、處理，然后輸出兩路模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)構(gòu)，同時(shí)把要顯示的數(shù)據(jù)傳給主控制器。主控制器主要負(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。控制器以MSP430單片機(jī)為核心處理器，和外圍各功能模塊電路共同組成硬件系統(tǒng)[3][4]。再配合以靈活的軟件，方才能夠完成紛繁復(fù)雜的控制任務(wù)。

　　圖1撒布系統(tǒng)控制器組成結(jié)構(gòu)框圖

　　4控制原理及參數(shù)標(biāo)定

　　撒布系統(tǒng)控制器的輸出為兩路模擬電流信號(hào)，也就是驅(qū)動(dòng)電液比例流量控制閥的電流，而電流與液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速成近似正比例關(guān)系[5]，如圖2所示。所以控制電流參數(shù)就可以調(diào)整液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。液壓機(jī)構(gòu)由兩個(gè)電液比例流量閥組成，一個(gè)控制物料輸送帶的液壓馬達(dá)，一個(gè)控制拋撒盤(pán)的液壓馬達(dá)。輸送帶用來(lái)傳輸撒布物料，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制輸送量即撒布量，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速越快，單位時(shí)間內(nèi)拋撒的物料越多，反之越小；拋撒盤(pán)用來(lái)控制物料撒布寬度，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速越快，拋撒寬度越大，反之越小。這樣就可以通過(guò)改變控制器輸出的電流信號(hào)大小來(lái)控制物料的撒布量和拋撒寬度。

　　圖2液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速和比例放大電流關(guān)系示意圖

　　綜上所述，問(wèn)題的關(guān)鍵在于怎樣由車(chē)速、撒布寬度，撒布量等參數(shù)計(jì)算出單片機(jī)內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)值。

　　4.1控制輸送帶的驅(qū)動(dòng)參數(shù)計(jì)算公式如下：

　　(1)

　　式中：V為DAC12_0DAT寄存器中的數(shù)值；SL為需要撒布量；SK為撒布寬度；C為車(chē)速；N為物料輸送帶標(biāo)定參數(shù)；a為單位系數(shù)。

　　DAC12_0DAT為單片機(jī)內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換模塊中的數(shù)據(jù)寄存器，它的值就是要轉(zhuǎn)換成電流的數(shù)值。本系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換精度為12位，轉(zhuǎn)換最高數(shù)值為4095。從式(1)可以看出，撒布量和撒布寬度是給定參數(shù)，我們還需要知道車(chē)速值和輸送帶標(biāo)定參數(shù)值才能求得V的數(shù)值。

　　車(chē)速值計(jì)算表達(dá)式如下：

　　(2)

　　式中：C為車(chē)速（單位km/h）；T為定時(shí)時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)；M為標(biāo)定脈沖數(shù)；b為單位系數(shù)。

　　標(biāo)定脈沖數(shù)是在車(chē)輛行駛100米的距離中記錄脈沖數(shù)，進(jìn)而可以求出單位脈沖對(duì)應(yīng)的行駛距離，定時(shí)器定時(shí)500ms，即每500ms刷新一次速度值。

　　單位系數(shù)b的值計(jì)算如下：

　　(3)

　　在開(kāi)始定時(shí)的同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，定時(shí)器中斷產(chǎn)生后，根據(jù)讀取出的計(jì)數(shù)值再把式(3)入到式(2)算出車(chē)速。

　　輸送帶校驗(yàn)參數(shù)N是使系統(tǒng)能夠得到正確驅(qū)動(dòng)參數(shù)的關(guān)鍵系數(shù)，其校驗(yàn)原理為，記錄一定時(shí)間內(nèi)，在滿量程電流輸出的情況下（全速執(zhí)行液壓馬達(dá)），得到的物料重量值，其單位是kg/s。而式(1)需要撒布量的單位是g/m2，故需要統(tǒng)一單位成kg/s，這樣才能運(yùn)用比例關(guān)系算出電壓轉(zhuǎn)換數(shù)值。單位系數(shù)a的值計(jì)算如下：

　　(4)

　　把式(4)代入(1)，就可以求出正確的驅(qū)動(dòng)輸送帶比例流量閥的參數(shù)。

　　4.2控制拋灑盤(pán)的驅(qū)動(dòng)參數(shù)直接通過(guò)拋灑盤(pán)的校驗(yàn)確定。

　　校驗(yàn)原理為，在保證輸送帶馬達(dá)正常運(yùn)行且以滿量程驅(qū)動(dòng)的情況下，手動(dòng)改變驅(qū)動(dòng)拋灑盤(pán)的電流轉(zhuǎn)換數(shù)值，在得到正確的寬度時(shí)停止驅(qū)動(dòng)并存儲(chǔ)參數(shù)，從寬度值4m到10m依次校驗(yàn)并用數(shù)組存儲(chǔ)器起來(lái)。校驗(yàn)后系統(tǒng)就可以根據(jù)一定的寬度調(diào)用對(duì)應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換數(shù)值，滿足撒布寬度要求。

　　這樣，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)車(chē)速的變化和撒布寬度的變化，自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)輸送帶比例流量閥和拋灑盤(pán)比例流量閥的參數(shù)，保證撒布量和撒布寬度滿足要求。

　　5結(jié)論

　　提出了一種新型的車(chē)速導(dǎo)航智能撒布系統(tǒng)控制器，硬件以430單片機(jī)MSP430F167為處理器，無(wú)論從系統(tǒng)的處理速度還是系統(tǒng)控制精度上來(lái)看效果都很好，目前本控制器已經(jīng)投入使用。實(shí)驗(yàn)證明，安裝有智能撒布系統(tǒng)控制器的除雪車(chē)能夠讓資源的使用率提高近30%，且控制器價(jià)格低廉、使用方便，預(yù)計(jì)會(huì)有很廣闊的市場(chǎng)前景。

　　此外，本控制器的研制對(duì)多功能除雪車(chē)的開(kāi)發(fā)以及對(duì)我國(guó)除雪機(jī)械事業(yè)的發(fā)展都具有重要的意義[6]。

　　姓名：崔世界

　　所屬單位：大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院（116023）

　　通信地址：遼寧省大連市大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院218室

　　聯(lián)系電話：15941161942EMAIL:cuishi_jie@yahoo.com.cn