專利名稱：路面冷再生機(jī)泡沫瀝青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于筑路機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
浙青路面冷再生施工過程中，銑拌混合料中泡沫浙青的混合質(zhì)量直接影響新路面的成型質(zhì)量。然而泡沫浙青的發(fā)泡質(zhì)量是控制浙青混合料質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。泡沫浙青的發(fā)泡質(zhì)量用膨脹率和半衰期來評價，高的膨脹率和長的半衰期可以使泡沫浙青在最佳發(fā)泡狀態(tài)下泡沫保持的時間較長而且比較多，可以有充分的時間和銑拌料混合，可以得到高質(zhì)量的浙青混合路面。因此，嚴(yán)格的控制路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)泡裝置的發(fā)泡質(zhì)量，確保 有良好的膨脹率和半衰期，具有非常重要的意義。在目前使用浙青路面冷再生的粘接劑主要有泡沫浙青和乳化浙青。乳化浙青是通過使用乳化劑的化學(xué)方法改變浙青的狀態(tài)，這種方法不僅成本較高而且化學(xué)試劑易對環(huán)境產(chǎn)生污染。泡沫浙青則是通過水遇高溫汽化的物理方法獲得的。但是泡沫浙青的發(fā)生裝置也多為像浙青供應(yīng)站的大型機(jī)械，泡沫浙青的性能和利用率都得不到提高，生產(chǎn)效率也不高。因此設(shè)計出一個針對車載泡沫浙青發(fā)生裝置的智能控制系統(tǒng)，對實現(xiàn)泡沫浙青車載精確控制提高工作效率和路面質(zhì)量具有很重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容為克服已有技術(shù)的上述不足，本實用新型提供一種操作方便快捷、智能化程度高、可靠性高、控制精度高的路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)。本實用新型是以如下技術(shù)方案實現(xiàn)的它包括信號采集部分，控制器主機(jī)，系統(tǒng)控制信號驅(qū)動模塊；供電電源以及人機(jī)交互模塊；信號采集部分和系統(tǒng)控制信號驅(qū)動模塊分別與控制器主機(jī)的IO 口連接；所述的信號采集部分包括車速傳感器、銑拌深度傳感器、發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速傳感器、浙青泵轉(zhuǎn)速傳感器和測量浙青溫度的溫度傳感器；所述的系統(tǒng)控制信號驅(qū)動模塊包括控制發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速的比例放大器A和電液比例閥A，控制浙青泵轉(zhuǎn)速的比例放大器B和電液比例閥B，伴熱電纜驅(qū)動電路；上述各傳感器輸出的脈沖信號分別經(jīng)過對應(yīng)的信號處理電路與控制器主機(jī)的IO 口連接；控制器主機(jī)接收來自信號采集部分的車輛速度信號、轉(zhuǎn)子銑拌深度信號以及浙青泵和發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行分析處理并通過相應(yīng)的比例放大器和電液比例閥控制浙青泵、發(fā)泡水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)浙青和發(fā)泡水的混合比例，產(chǎn)生高質(zhì)量的泡沫浙青；控制器主機(jī)接收浙青溫度信號，分析處理控制浙青管伴熱電纜，實現(xiàn)對發(fā)泡浙青溫度的控制?？刂圃硎擒囁賯鞲衅鬏敵雒}沖信號經(jīng)過信號處理電路輸入到控制器主機(jī)上；銑拌深度測量傳感器輸出的電壓信號經(jīng)過放大、濾波、阻抗變化處理后連接到控制器主機(jī)的模擬量輸入口上；浙青泵、發(fā)泡水泵的轉(zhuǎn)速測量傳感器輸出脈沖信號經(jīng)過信號處理電路后連接到控制器主機(jī)IO 口上；溫度傳感器輸出的電信號經(jīng)過冷端補(bǔ)償、放大、濾波、阻抗變換后接入到控制器主機(jī)模擬量輸入口上。浙青泵、發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速的控制采用將控制信號通過控制器主機(jī)經(jīng)過鎖存器和兩路數(shù)/模轉(zhuǎn)換和信號調(diào)理電路分別接入到兩個電液比例閥的比例放大器上，來分別控制浙青泵和發(fā)泡水泵液壓回路的流量進(jìn)而控制浙青泵和發(fā)泡水泵的轉(zhuǎn)速精確控制流量，并通過泵轉(zhuǎn)速傳感器對流量進(jìn)行反饋。浙青溫度控制采用控制器主機(jī)輸出的數(shù)字信號經(jīng)過光電耦合器和繼電器驅(qū)動連接到伴熱電纜上，控制伴熱電纜的啟停來達(dá)到控制浙青溫度的目的。本實用新型的有益效果是采用了現(xiàn)代電子控制技術(shù)和反饋閉環(huán)控制方法，大大提高了控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性?？刂破鲗崟r對車輛速度，轉(zhuǎn)子銑拌深度和浙青、發(fā)泡水的流量以及浙青的溫度進(jìn)行監(jiān)測，確保發(fā)泡質(zhì)量?？刂葡到y(tǒng)還可根據(jù)路面實際情況設(shè)置修改控制參數(shù)，自動實現(xiàn)準(zhǔn)確的油水混合比，操作方便快捷，智能化程度高。

圖I是本實用新型的測控原理框圖； 圖2是本實用新型的電路框圖；圖3是電源模塊電路圖；圖4是銑拌深度傳感器處理電路圖；圖5是熱電偶溫度處理電路圖；圖6是車輛速度脈沖信號采集電路圖；圖7是浙青泵轉(zhuǎn)速傳感器信號處理電路圖；圖8是發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速傳感器信號處理電路圖；圖9是伴熱電纜驅(qū)動電路圖；圖10是控制信號驅(qū)動模塊電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。如圖I所示，路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)由控制主機(jī)、車速度傳感器，銑拌深度傳感器、發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速傳感器、浙青泵轉(zhuǎn)速傳感器、測量浙青溫度的溫度傳感器、比例放大器、電液比例閥、供電電源以及人機(jī)交互模塊組成。如圖2所示，整個控制系統(tǒng)的主電路由電源模塊、熱電偶傳感器調(diào)理電路、銑拌深度傳感器調(diào)理電路、車輛速度傳感器脈沖信號采集電路、浙青泵速度脈沖信號采集電路、發(fā)泡水泵速度脈沖信號采集電路、LCD液晶顯示模塊、浙青泵和發(fā)泡水泵的比例放大器驅(qū)動電路以及浙青管路伴熱電纜驅(qū)動電路組成?？刂破髦鳈C(jī)采用單片機(jī)電路，單片機(jī)選用AVR的ATmegal28,單片機(jī)擴(kuò)展有IXD12864液晶顯示和4位獨(dú)立按鍵鍵盤，還有LED報警指示燈和蜂鳴器。所述的車輛速度采用霍爾速度傳感器，通過霍爾傳感器利用霍爾電磁效應(yīng)產(chǎn)生的電脈沖來測量速度。所述的銑拌深度傳感器采用旋轉(zhuǎn)電位計，安裝在銑拌轉(zhuǎn)子搖臂上，具體為高精密鎧裝角度傳感器，來實現(xiàn)對冷再生機(jī)銑拌搖臂的偏轉(zhuǎn)角的測量，之后再利用三角函數(shù)關(guān)系計算出轉(zhuǎn)子的統(tǒng)拌深度。計算公式如d=d2-dl=l (cosm-cosn),其中I為搖臂的長度，m、n為偏轉(zhuǎn)前后搖臂與水平方向的角度。所述的發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速測量傳感器和浙青泵轉(zhuǎn)速測量傳感器均采用光電編碼器，具體選用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼器為增量式五線制。所述的測量浙青溫度的溫度傳感器采用熱電偶，具體選用了固定法蘭盤熱電偶。由于霍爾傳感器需要+12V直流電源供電，而光電編碼器需要+5V直流電源供電，因此需要分別設(shè)計24V轉(zhuǎn)12V，24V轉(zhuǎn)5V兩套電源模塊來給整個系統(tǒng)供電。供電電源采用24V車載蓄電池供電，通過24V轉(zhuǎn)+12V和24V轉(zhuǎn)+5V的電源模塊對系統(tǒng)的電子元器件進(jìn)行供電。所述的電源模塊由TIP32和7805穩(wěn)壓芯片組成。熱電偶傳感器調(diào)理電路輸出模擬量接在單片機(jī)的ADCO模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳，銑拌深度傳感器調(diào)理電路輸出的模擬量接在單片機(jī)的ADCl引腳。車輛速度、浙青泵速度和發(fā)泡水泵速度三個速度信號的傳感器輸出的都是數(shù)字脈沖信號，由單片機(jī)的外部中斷來捕捉，分別接在單片機(jī)的INT0、INT2和INT4管腳。單片機(jī)的PA 口用來作為LCD的數(shù)據(jù)輸出端，PC 口則通過兩個鎖存器分別控制浙青泵和發(fā)泡水泵的比例放大器的驅(qū)動電路。PE2 口通過輸出高低電平來控制伴熱電纜的開啟和停止。電液比例閥A 和電液比例閥B采用16通徑的三位四通先導(dǎo)式高性能電液比例方向閥，與之配套的是相應(yīng)型號的比例放大器A和比例放大器B?？刂葡到y(tǒng)采用IXD12864液晶屏顯示控制信息，采用4個獨(dú)立按鍵用作參數(shù)設(shè)置，還用兩個LED指示燈和一個蜂鳴器提示系統(tǒng)報警信息。本系統(tǒng)電源采用車載24V電源，并配有24V轉(zhuǎn)5V直流電源模塊，24V轉(zhuǎn)12V直流電源轉(zhuǎn)換模塊。伴熱電纜的供電采用發(fā)動機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)輸出的交流電來實現(xiàn)。其中，電源模塊分為24V轉(zhuǎn)+5V電源模塊和24V轉(zhuǎn)+12V電源模塊，由于兩個電源模塊的使用原理相同僅僅是使用的一塊穩(wěn)壓芯片型號不一樣，所以在這里只介紹24V轉(zhuǎn)+5V電源模塊。如圖3所示，TIP32是一塊大功率PNP型三極管，該三極管的集電極和發(fā)射極分別連接電源系統(tǒng)的VCC端和GND接地端。L7805是一塊+5V的穩(wěn)壓芯片，其中芯片的I腳IN輸入端接在三極管的基極，并且通過一個電阻Rl接在24V的電源端，還通過一個電容C2接在電源地上。L7805的2腳為輸出端直接接在電源模塊的VCC端，并通過一個電容C4對地連接。3管腳為7805的接地端，直接通過一個電容C3連接在地端。當(dāng)電源模塊電流較大時，三極管導(dǎo)通使得大部分的電流流過三極管的集電極和發(fā)射極，電流較小的時候三極管截止，電流通過7805達(dá)到穩(wěn)壓的目的。如圖4所示，R31為一個鎧裝旋轉(zhuǎn)電位計用來反映滾筒搖臂的偏轉(zhuǎn)角變化。該電位計可看作一個可變電阻串入到電路中，利用一個運(yùn)算放大器U19A組成的電壓跟隨器調(diào)整好信號電路的阻抗匹配，使傳感器的后續(xù)電路有一個高的輸入阻抗。電阻R31的一端接地，另一端連接在運(yùn)算放大器U19A的正輸入端引腳3上并通過一個電阻R30和電源VCC連接組成一個串聯(lián)分壓電路。運(yùn)算放大器U19A的引腳2和輸出端引腳I直接連起來組成一個電壓跟隨器，并且引腳I通過電阻R28連接在運(yùn)算放大器U19B的正輸入端引腳5上。U19B的正輸入端通過連接一個電阻R29連接在接地端GND上，負(fù)輸入端引腳6也通過連接一個電阻R27后連接在接地端上。運(yùn)算放大器U19B的負(fù)輸入端6和輸出端7之間通過一個電阻R26連接在一起組成一個負(fù)反饋電路，輸出端7通過連接一個濾波電容C24連接在接地端，最后通過引腳7輸出端連接到單片機(jī)的ADCl引腳上。U19B集成運(yùn)算放大器配合電阻R26、R27、R28、R29組成一個一級差動放大電路，放大倍數(shù)為2倍，再經(jīng)過一個濾波電容后接入到單片機(jī)的ADCl端，完成角度的測量。如圖5所示，接線端子P16是和熱電偶連接的，當(dāng)熱電偶工作時，在P16端子兩端會根據(jù)溫度變化產(chǎn)生有微弱變化的電動勢。三個運(yùn)算放大器配合8個高精度電阻組成一個放大倍數(shù)為150倍的三運(yùn)放差動放大電路，可以達(dá)到一個相當(dāng)高的共模抑制比CMRR。TMP35是一個低溫溫度傳感器，在室溫25°C左右的電動勢為0. 3V左右，利用這一個電動勢可以對熱電偶進(jìn)行一個很好的冷端補(bǔ)償。由于熱電偶在25°C左右的電動勢為0. 9mV左右，放大150倍后正好和TMP35的輸出溫度匹配，達(dá)到冷端補(bǔ)償?shù)哪康?。在電路的輸出端接上一個由U18A運(yùn)算放大器和電容C25組成的有源低通濾波器濾掉輸出信號的高頻噪聲,使輸出信號有一個好的質(zhì)量，最后接入到單片機(jī)的ADCO 口進(jìn)行片內(nèi)模/數(shù)轉(zhuǎn)換。U31B運(yùn)算放大器的引腳6和7直接連起來，從引腳5輸入，引腳7輸出組成一個電壓跟隨器，提高由電阻R24、R25分壓后的輸出阻抗。TMP35傳感器的Vs端和GND端分別接電源和地，并在電源和地之間連接一個電容C19。由三運(yùn)放的正輸出端連接U18A運(yùn)算放大器的引腳2上，引腳3接在GND端，引腳2和引腳3之間連接一個電容C25，引腳I端作為一個輸出端連接在單片機(jī)的ADCO上。由此共同組成了一個帶冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕紲y溫電路。如圖6所示，P13是霍爾傳感器的接口，利用霍爾傳感器對車輛的行走速度進(jìn)行實時的測量。其中端口 I為傳感器的電源接口，接+12V直流電，端口 2為傳感器的脈沖信號的輸出口，通過光電耦合器后將信號傳入到單片機(jī)的外部中斷引腳上，端口 3接電源地。 如圖7所示，浙青泵的速度采集是用光電編碼器通過彈性聯(lián)軸器和浙青泵的輸出軸連接在一起的。光電編碼器的接線端子Pll有6個接線端口，其中I和2是編碼器的電源輸入口分別接OV和+5V對編碼器供電。端口 3、4、5為編碼器的信號輸出口，分別為A相、B相和Z相脈沖輸出，A相和B相的脈沖方波相位相差90°，Z相則可用來指示正反轉(zhuǎn)信號?？紤]到處理速度和測量精度的需要，對脈沖信號僅僅取A相一路信號來測出編碼器的轉(zhuǎn)速。從A相端子的引出線接入一個光電耦合器進(jìn)行信號隔離后把速度脈沖信號接入單片機(jī)控制器的輸入端口外部中斷EINT2。光電耦合器的兩個接地端分別接不同的兩個地，已達(dá)到真正隔離的目的。如圖8所示，發(fā)泡水泵速度傳感器信號調(diào)理電路類似于泵轉(zhuǎn)速傳感器電路，就不做詳細(xì)介紹。如圖9所示，浙青管路伴熱電纜的接口為PlO，通過一個繼電器Kl間接控制伴熱電纜驅(qū)動電路的開閉來對加熱電路和控制電路進(jìn)行隔離，繼電器的線圈端接入一個由光電耦合器隔離過的開關(guān)信號控制電路，共同組成浙青管路伴熱電纜驅(qū)動電路。接線端子PlO的引腳I連接在由發(fā)動機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的41V交流電上，給伴熱電纜供電，引腳2接在繼電器的常開觸點端。繼電器常開觸點的另一端接在系統(tǒng)的交流地端，使伴熱電纜在交流電路中構(gòu)成一個閉合的回路。繼電器的線圈一端接在直流電VCC上，另一端連接在光電耦合器的3引腳上。在繼電器的線圈兩極并入一個二極管D1，用來消除繼電器開閉線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流。光電耦合器的引腳4連接一個電阻R6后接到地端。光耦的另一端引腳I接入單片機(jī)的I/O 口 PE2上，引腳2直接接到單片機(jī)的對地端使單片機(jī)的數(shù)字電路端構(gòu)成一個閉合的回路。如圖10所示，P3是一個有6個端口的接線端子，該接線端子是用來連接比例放大器的接口。其中端口 1、2分別接+24V電源和地，對比例放大器進(jìn)行供電；端口 3、4分別為參考電平是否啟用的控制端和參考電平的輸入端；端口 5為比例放大器電壓控制信號的輸入端，而端口 6則為輸出是否極性變化的控制端。驅(qū)動浙青泵比例放大器的驅(qū)動電路是由D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832和運(yùn)算放大器組成的，運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端口分別從DAC0832芯片的I0UT1、I0UT2引腳引出接入的差動放大電路形式。芯片控制端的接線組成的是連續(xù)數(shù)模轉(zhuǎn)換形式。D/A轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸入端由鎖存器74LS373的八位輸出口控制，可以對輸入到D/A芯片的電平進(jìn)行鎖存，并且可以利用一組8位IO 口控制兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。鎖存器的控制端口接在單片機(jī)的ro4、ro5 口上。發(fā)泡水泵比例放大器接口同浙青泵比例放大器類似，在這里就不做詳細(xì)說明。液晶顯示屏采用帶字符庫的12864液晶，12864液晶是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動器、列驅(qū)動器及128X64全點陣液晶顯示器組成。如圖2所示，液晶模塊的數(shù)據(jù)口連接單片機(jī)的PA 口。系統(tǒng)還有蜂鳴器、兩個LED燈組成的報警電路和四位獨(dú)立按鍵電路。12864液晶顯示模塊、蜂鳴器、報警指示燈，再加上4位獨(dú)立按鍵共同組成該系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊。該系統(tǒng)通過C語言對ATmegal28單片機(jī)的編程來控制單片機(jī)的IO 口，利用各種時 序處理和中斷處理實現(xiàn)了 ADC轉(zhuǎn)換、PWM脈沖波計數(shù)以及控制DAC0832芯片輸出模擬量等功能。最終構(gòu)成了一個能夠?qū)崿F(xiàn)對路面冷再生進(jìn)行監(jiān)測和控制的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于它包括信號采集部分，控制器主機(jī)，系統(tǒng)控制信號驅(qū)動模塊；供電電源以及人機(jī)交互模塊；信號采集部分和系統(tǒng)控制信號驅(qū)動模塊分別與控制器主機(jī)的IO 口連接；所述的信號采集部分包括車速傳感器、銑拌深度傳感器、發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速傳感器、浙青泵轉(zhuǎn)速傳感器和測量浙青溫度的溫度傳感器；所述的系統(tǒng)控制信號驅(qū)動模塊包括控制發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速的比例放大器A和電液比例閥A，控制浙青泵轉(zhuǎn)速的比例放大器B和電液比例閥B，伴熱電纜驅(qū)動電路；上述各傳感器輸出的脈沖信號分別經(jīng)過對應(yīng)的信號處理電路與控制器主機(jī) 的IO 口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于控制器主機(jī)采用單片機(jī)電路，單片機(jī)選用AVR的ATmegal28，單片機(jī)擴(kuò)展有IXD12864液晶顯示和4位獨(dú)立按鍵鍵盤，還有LED報警指示燈和蜂鳴 器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的車速傳感器采用霍爾速度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的銑拌深度傳感器采用旋轉(zhuǎn)電位計，安裝在銑拌轉(zhuǎn)子搖臂上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)泡水泵轉(zhuǎn)速測量傳感器和浙青泵轉(zhuǎn)速測量傳感器均采用光電編碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的測量浙青溫度的溫度傳感器采用熱電偶。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的供電電源采用24V車載蓄電池供電，通過24V轉(zhuǎn)+12V和24V轉(zhuǎn)+5V的電源模塊對系統(tǒng)的電子元器件進(jìn)行供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機(jī)泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的電源模塊由TIP32和7805穩(wěn)壓芯片組成。
專利摘要本實用新型公開了一種路面冷再生機(jī)泡沫瀝青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，屬筑路機(jī)械領(lǐng)域。主要由控制器主機(jī)、車速傳感器、銑拌深度傳感器、比例放大器、電液比例閥、泵轉(zhuǎn)速傳感器、瀝青加熱裝置、溫度傳感器、電源以及人機(jī)交互模塊等組成。各傳感器測量車輛速度、泵轉(zhuǎn)速、銑拌深度和瀝青溫度，控制器主機(jī)根據(jù)測得的量和輸入的參數(shù)自動調(diào)節(jié)發(fā)泡水和瀝青的流量以及熱瀝青的溫度。運(yùn)行時控制器主機(jī)根據(jù)傳感器采集到的車速、銑拌深度、瀝青溫度和輸入的氣溫濕度以及混合料的干密度等參數(shù)，制定出合理的發(fā)泡水噴灑量和瀝青噴灑量，調(diào)節(jié)泡沫瀝青水油混合比，得到高質(zhì)量的泡沫瀝青。有益效果是自動實現(xiàn)準(zhǔn)確的油水混合比，操作方便快捷，智能化程度高。
文檔編號E01C19/10GK202626794SQ201120560028
公開日2012年12月26日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者楊海, 李威, 孫文忠, 麻栩松, 楊成 申請人:徐州銳馬重工機(jī)械有限公司, 中國礦業(yè)大學(xué)