引言

上世紀(jì)80年代后期,，國內(nèi)開始壓實(shí)度計(jì)方面的研究，也曾開發(fā)出機(jī)載式壓實(shí)度儀,，由于采用數(shù)碼管顯示,，沒有采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，盡管成本低,，但在實(shí)際應(yīng)用中效果并不理想,。儀器的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，顯示值和實(shí)際測量值不能很好地對應(yīng),。

在國內(nèi)外現(xiàn)有檢測方法的基礎(chǔ)上,，本文對現(xiàn)有的壓實(shí)度測量系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。采用了先進(jìn)的DSP芯片作為主控制器,，充分利用DSP的高速運(yùn)算能力,，達(dá)到了對被壓實(shí)路面壓實(shí)度的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測量,。

　　工作原理

現(xiàn)代壓路機(jī)按壓實(shí)原理可分為靜力式壓路機(jī),、振動式壓路機(jī)和沖擊式壓路機(jī)。其中,，振動壓路機(jī)是目前國內(nèi)使用最廣泛的一種壓實(shí)機(jī)械,，其主要由發(fā)動機(jī),、傳動系統(tǒng)、操作系統(tǒng),、行走裝置和機(jī)架構(gòu)成,。振動輪是從動輪，也是壓實(shí)輪,，其采用的是一種不平衡偏心塊式結(jié)構(gòu),。當(dāng)振動壓路機(jī)在作業(yè)時(shí)，振動輪帶動偏心塊高速旋轉(zhuǎn),，偏心塊產(chǎn)生的離心力就成為干擾力,。振動輪將此干擾力傳遞到土壤，使路基產(chǎn)生振動,，在振動輪自身重力和沖擊力的作用下,，路基土壤顆粒間的摩擦力和粘結(jié)力被克服，小的顆粒填充到大顆粒土的空隙中,，路基的壓實(shí)度增加,。

　　                                 
                                      圖1 壓路機(jī)—路基壓實(shí)系統(tǒng)模型

　　振動壓路機(jī)模型如圖1所示。在由振動壓路機(jī)—路基組成的壓實(shí)系統(tǒng)中,，振動輪的動力學(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,，振動輪的動力學(xué)參數(shù)變化和壓實(shí)度密切相關(guān),。通過對振動輪的動力學(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,。通過對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)對壓實(shí)度的準(zhǔn)確測量,。

　　                    
                                          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,、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)備在滿足測試系統(tǒng)的速度、存儲容量,、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壓路機(jī)壓實(shí)輪的軸承上,，用來采集振動輪在垂直方向的加速度信號，此信號包含來自軸承,、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產(chǎn)生的一次諧波通過,。在LF2407A內(nèi)部對兩路信號首先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,，然后再對數(shù)字信號分別進(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,，通過對該值和壓實(shí)度值進(jìn)行標(biāo)定,，可以用來準(zhǔn)確表示壓實(shí)度值變化。

速度傳感器安裝在車輪上,，采集來的信號輸入A/D采樣通道1,，用來計(jì)算振動壓路機(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,，通過鍵盤按鍵響應(yīng)與液晶菜單選擇,，實(shí)現(xiàn)檢測里程設(shè)置、壓路機(jī)參數(shù)設(shè)置,、振動頻率顯示,、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操作人員專業(yè)知識的要求，做到系統(tǒng)界面簡潔,、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支持匯編語言和C語言編程,。使用C語言編程時(shí),，其代碼的優(yōu)化率可以達(dá)到90%。而且在編程過程中可以嵌入?yún)R編語言,，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：檢測里程設(shè)置、壓路機(jī)參數(shù)設(shè)置,、土類設(shè)置,、連續(xù)動態(tài)檢測設(shè)置、保存,、打印,、退出等。

　　結(jié)語

本文論述的系統(tǒng)在結(jié)合現(xiàn)有檢測技術(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),。

　　參考文獻(xiàn)

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2 鄧學(xué)欣,，王太勇,，任成祖，王杏華等. 壓實(shí)度自動檢測技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),，2003,，Vol.38