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摘要： 振动压路机未来必然会向着无级调幅智能化的方向发展，本文从结构方面入手，在液压和控制系统中对无级调幅机械进行了创新设计。应用该机械结构的振动压路机包含有两个钢轮。每个钢轮都包含了双激振器，从旋转方向和相对夹角方面，通过对双激振器的改变，能够使压路机具有各种振动功能;激振器油缸中的活塞块处于不同位置时，输出的振幅也会有所差异。本文从硬件方面对该控制系统进行了设计，并且在汇编各模块时分别借助了ARM处理器和STM32处理器。
Abstract： The vibrating roller will develop in the direction of intelligence in the future. This paper is designs in hydraulic and control system. The vibrating roller applying this mechanical structure contains two steel wheels. Each steel wheel contains a double shock， which provides the roller with various vibration functions， and the amplitude of the output varies when the piston block in the shock machine cylinder is in different positions. This paper designs the control system in hardware， and uses the ARM and STM32 processors in compiling the modules.
关键词： 多功能;无级调幅振动压路机;电液控制系统
Key words： multi-function;pless amplitude vibration roller;electric and hydraulic control system
中图分类号：U415.52+1 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2021）19-0072-04
0 引言
路面压实的过程十分复杂繁琐，会受到许多因素的干扰。在压实期间，增加土壤刚度会同时增加和降低最优激振频率和最优振幅，为了使压实效果能够达到最佳，就需要分析和控制压路机，保证特定刚度下的振动压路所输出的振幅和频率是最优的。
振动压路机的结构主体组成和动力源特点系统结构组成如图1所示，由液压元件、液压泵以及控制器等组成。组成无级调节激振器的结构主要有壳体以及转动轴等。通过螺栓将这些结构装配在一起。两个壳体内腔中间是由活动偏心块隔开的，也就是靠近和远离e和f这两个固定偏心块腔体。壳体内内腔的活动偏心块是可移动的，在激振器中应用无级调节技术的过程中，轴承能够作为振动钢轮主要支撑。想要保证足够的动力来对激振器进行无级调节，就需要转动液压马达，由于偏心块存在一定的自重，因此通过对激振器的旋转能够形成相应的激振力。转动液压马达能够为激振器的无级调节提供动力，旋转激振器偏心块，在其自身质量的作用下会有激振力产生。
1 控制系统的硬件设计
1.1 微处理器 通过对存储结构的设计，能够最大化的发挥存储系统的优势;能够使低压逻辑在系统控制中的应用更加标准。每一个ARM处理器都采用了相同的指令集，而ARM7采用了32位的地址总线，最初仅为26位，可以实现对最初的ARM处理器的兼容。COMS在ARM7中的状态是静止的，然而能够得到长久的保存。
STM32这一种嵌入式应用在性能、成本以及功耗等方面都具有一定的优势，ARMCortex-M3中的微控制器具有32位的内核。本文所选用的系列时钟为“增强型”STM32F103，其频率为主要为72MHz，如此能够执行删除代码的指令，在同类产品中属于性能最高的一种，产品能够达到72MHz的闪存速度。STM32只需消耗36mA的电流，该产品在32位市场上属于最低功耗型。
1.2 ADS8341数据采集芯片 ADS8341是最具代表性的A/D转换器，与寄存器较为相似。其采用了能够再次分配电容的架构，其主要能够在本地保存样本。该转换器主要采用的生产工艺为0.6μmCMOS。图片中展示了ADS834所具有的基本操作。可以将一个时钟设置在该设备外部作为参考。采用2.7V-5.25V的单电源就能够提供其工作所需的电压。在确定转换器能够输入的范围大小时，需要结合参考电压。在决定转化率平均参考值时，需要结合ADS8341的输入电流。转换器的输入需要借助差分模拟技术，并且应用的多路复用器为四通道型。由于转换器中应用的是差分模拟输入技术，再加上应用四通道需要借助多路复用器的支持。因此，在符合参考电压的条件下，可以在四通道上采用COM引脚或差分来进行输入。选择特定的数字接口能够实现相应的配置。如图2、图3所示。
1.3 RS-232串行通讯接口
在对RS-232接口进行制定的过程中，通过对ELA的采用，能够满足串行数据的通信标准，在计算机中主要用于连接外设串行接口。本文主要采用RS-232接口向微处理器STM32传出压实度仪相关数据，其能够做出相应的反馈控制。依据负逻辑和地对称理论能够将相应的数字量传送给RS-232C，需要按照逻辑1：-3-15V逻辑0：+3～+15V。因此，在对单片机进行连接时，一般来说需要将电平转换为芯片[3]。如图4所示。 2 设计控制系统软件
2.1 系统的自检模式 在控制系统的众多功能中，最重要的就是自检，能够使系统性能得到大幅提升。在开始自检之前需要先初始化系统，并进行外部设计，例如需要在外部对4、3、2部位进行断开。并且需要再次设置系统参量，并开启电磁右端阀门，以此来保证活塞块达到最大的位移距离，定时器3在开启后，能够获取到流量计采集到的输出脉冲数值。采样时能够达到1000Hz的速率，nofc如果低于3000技术参量，系统即会开启电磁阀3s以上，活塞块的位移最大。这个时候需要判断流量计是否能够释输出20以上的脉冲。在关闭电磁右端的阀门后，需要再次设置的定时器及其参数值。电磁左端的阀门以及定时器在这个时候需要同时开启，通过对上述操作的反复进行可以得知，在上述行程内的流量计不会超过20次脉冲，即活塞块的位移或微移动并未发生。这个时候系统会发出警报来提示发生异常[4]。
2.2 系统自动标定模式
在按下系统标定按钮的同时，会中断ARM外部4，此时程序会被中断。如果按下按钮开启手动或自动模式时，中断就会生效。假设系统的flage标识参量为0x01，按照0x5step参量来操作系统，在再次设置系统参数后，也会相应改变定时器3的参数。不仅需要开启电磁阀右端阀门，还需要打开定时器，流量计在输出脉冲信号时如果能够达到20ms的速度，就能够将活塞块移到系统最高处。这个时候电磁阀右端需要关闭。同时需要关闭定时器3，按照0x01step步骤来操作系统，重复上述操作四次，并记录流量计在后三次循环中的脉冲数，根据相应的公式进行K求知，并在第一扇区的SD卡中进行保存。如图5所示。
2.3 外部中断模式 外部4发生中断是由于标定按钮被按下所导致的，系统首先会判断是处于自动还是手动控制模式，以及是否在正常工作，只有两个条件都不符合时，才能够保持对相应函数的继续执行，如果falge和step的赋值分别为0x01和0x05。那么按钮在弹起后，就会引起外部再次出现中断，如果每一个按钮都处于弹起状态，那么系统在0x05，赋值的flag情况下无法工作，活塞块将朝着激振器移动[6]。
2.4 参数匹配模式 首先需要在200长度的match数组中插入SD卡进行读取，并反复比较目前的压实度值，最终找出最优解。
2.5 手动控制模式 系統在经过初始化后，如果自检结果并无异常，那么通过对按钮的手动触发，能够断开外部3，系统能够达到0x02赋值的flage表示参量。在SD卡中，通过对第二扇区的读取，能够实现对200长度的match[]数组、read8341（0xa4）函数的数据装载和调用，这个时候需要采集电位器所具有的输出量，并且需要匹配实压度参数。5.55.14和STM32的DA口分别具有Δn和i的计算功能和直接输出通过变量泵电磁铁中的电流i的功能。在控制Δn流量补偿参数的过程中，最首要的就是确定Δn属于正值还是负值，如果是正值，那么就需要再次设置系统参量，将电磁右端的阀门打开，并为定时器3赋能，持续到流量计的流量补偿参数和转速参数相等为止。如果是负值，就需要开启电磁左端的阀门[7]。如图6所示。
2.6 自动控制模式
系统在经过初始化后，如果自检结果并无异常，那么通过对按钮的手动触发，能够断开外部2，系统此时的标识标识参量为0x03赋值。位于第二扇区的SD卡能够装载200进度数据的数组match[]，通过对readdegree（）函数的调用，对压实度仪的访问，能够了解到路面此时的压实度，并进行参数匹配，计算Δn和i。在变量泵中应用STM32的DA口能够实现对电磁铁电流i的直接输出，并且能够控制需要补偿的Δn流量参数，首先需要了解Δn处于正值还是负值，如果是正值，那么较系统参数就会被充值，这个时候电磁阀右端开启后能够同时赋能定时器3，指导流量计转速与流量补偿具有相同的参数为止。如果是负值Δn，那么需要开启电磁阀左端。如图7所示。
3 结束语
本文从目标、控制规则以及相关方案方面对控制系统进行了确定;在控制系统中增加了手动和自动这两种模式，以此来对压路机进行调幅和调频。该控制系统的ARM微处理器和STM32微处理器属于硬件;系统具有6个模式的软件，能够实现对任意模块的独立汇编。用来压实地面的振动压路机具有复杂的过程，提出了调幅和调频控制采用专家系统的理念。做了相应的理论分析。
参考文献：
[1]张奕，刘桦，龙水根.智能压路机行走控制系统设计[J].筑路机械与施工机械化，2006，23（011）：56-58，61.
[2]郑录社，闫胜利.S12型双钢轮振动压路机的电液控制系统分析[J].筑路机械与施工机械化，2000，017（003）：7.
[3]赵铁栓，刘林林，杨卫超.无级调幅振动压路机的专家系统设计与应用[J].筑路机械与施工机械化，2012，29（011）：20-23.
[4]帅可力，贺舜君，罗武.一种超重型单钢轮振动压路机的电液比例控制系统，CN203320382U[P].2013.
[5]张佩，王凯.基于AMEsim的高频电控双钢轮振动压路机电液系统建模与仿真[J].机械工程师，2016（9）：137-139.
[6]陶永生，张俊娴，张帅，等.一种双钢轮压路机电液控制液压驱动变速系统，CN102490596A[P].2012.
[7]阮文廉，张建润，吴振鹏，等.振动压路机驾驶室半主动液阻隔振系统的优化fuzzy-PID控制性能分析[J].东南大学学报（英文版），2019，035（004）：399-407.
[8]邓振中，张霖，董程炜，等.一种全液压轮胎压路机定速巡航控制装置及其控制方法，CN102400436B[P].2014.
Abstract： The vibrating roller will develop in the direction of intelligence in the future. This paper is designs in hydraulic and control system. The vibrating roller applying this mechanical structure contains two steel wheels. Each steel wheel contains a double shock， which provides the roller with various vibration functions， and the amplitude of the output varies when the piston block in the shock machine cylinder is in different positions. This paper designs the control system in hardware， and uses the ARM and STM32 processors in compiling the modules.
关键词： 多功能;无级调幅振动压路机;电液控制系统
Key words： multi-function;pless amplitude vibration roller;electric and hydraulic control system
中图分类号：U415.52+1 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2021）19-0072-04
0 引言
路面压实的过程十分复杂繁琐，会受到许多因素的干扰。在压实期间，增加土壤刚度会同时增加和降低最优激振频率和最优振幅，为了使压实效果能够达到最佳，就需要分析和控制压路机，保证特定刚度下的振动压路所输出的振幅和频率是最优的。
振动压路机的结构主体组成和动力源特点系统结构组成如图1所示，由液压元件、液压泵以及控制器等组成。组成无级调节激振器的结构主要有壳体以及转动轴等。通过螺栓将这些结构装配在一起。两个壳体内腔中间是由活动偏心块隔开的，也就是靠近和远离e和f这两个固定偏心块腔体。壳体内内腔的活动偏心块是可移动的，在激振器中应用无级调节技术的过程中，轴承能够作为振动钢轮主要支撑。想要保证足够的动力来对激振器进行无级调节，就需要转动液压马达，由于偏心块存在一定的自重，因此通过对激振器的旋转能够形成相应的激振力。转动液压马达能够为激振器的无级调节提供动力，旋转激振器偏心块，在其自身质量的作用下会有激振力产生。
1 控制系统的硬件设计
1.1 微处理器 通过对存储结构的设计，能够最大化的发挥存储系统的优势;能够使低压逻辑在系统控制中的应用更加标准。每一个ARM处理器都采用了相同的指令集，而ARM7采用了32位的地址总线，最初仅为26位，可以实现对最初的ARM处理器的兼容。COMS在ARM7中的状态是静止的，然而能够得到长久的保存。
STM32这一种嵌入式应用在性能、成本以及功耗等方面都具有一定的优势，ARMCortex-M3中的微控制器具有32位的内核。本文所选用的系列时钟为“增强型”STM32F103，其频率为主要为72MHz，如此能够执行删除代码的指令，在同类产品中属于性能最高的一种，产品能够达到72MHz的闪存速度。STM32只需消耗36mA的电流，该产品在32位市场上属于最低功耗型。
1.2 ADS8341数据采集芯片 ADS8341是最具代表性的A/D转换器，与寄存器较为相似。其采用了能够再次分配电容的架构，其主要能够在本地保存样本。该转换器主要采用的生产工艺为0.6μmCMOS。图片中展示了ADS834所具有的基本操作。可以将一个时钟设置在该设备外部作为参考。采用2.7V-5.25V的单电源就能够提供其工作所需的电压。在确定转换器能够输入的范围大小时，需要结合参考电压。在决定转化率平均参考值时，需要结合ADS8341的输入电流。转换器的输入需要借助差分模拟技术，并且应用的多路复用器为四通道型。由于转换器中应用的是差分模拟输入技术，再加上应用四通道需要借助多路复用器的支持。因此，在符合参考电压的条件下，可以在四通道上采用COM引脚或差分来进行输入。选择特定的数字接口能够实现相应的配置。如图2、图3所示。
1.3 RS-232串行通讯接口
在对RS-232接口进行制定的过程中，通过对ELA的采用，能够满足串行数据的通信标准，在计算机中主要用于连接外设串行接口。本文主要采用RS-232接口向微处理器STM32传出压实度仪相关数据，其能够做出相应的反馈控制。依据负逻辑和地对称理论能够将相应的数字量传送给RS-232C，需要按照逻辑1：-3-15V逻辑0：+3～+15V。因此，在对单片机进行连接时，一般来说需要将电平转换为芯片[3]。如图4所示。 2 设计控制系统软件
2.1 系统的自检模式 在控制系统的众多功能中，最重要的就是自检，能够使系统性能得到大幅提升。在开始自检之前需要先初始化系统，并进行外部设计，例如需要在外部对4、3、2部位进行断开。并且需要再次设置系统参量，并开启电磁右端阀门，以此来保证活塞块达到最大的位移距离，定时器3在开启后，能够获取到流量计采集到的输出脉冲数值。采样时能够达到1000Hz的速率，nofc如果低于3000技术参量，系统即会开启电磁阀3s以上，活塞块的位移最大。这个时候需要判断流量计是否能够释输出20以上的脉冲。在关闭电磁右端的阀门后，需要再次设置的定时器及其参数值。电磁左端的阀门以及定时器在这个时候需要同时开启，通过对上述操作的反复进行可以得知，在上述行程内的流量计不会超过20次脉冲，即活塞块的位移或微移动并未发生。这个时候系统会发出警报来提示发生异常[4]。
2.2 系统自动标定模式
在按下系统标定按钮的同时，会中断ARM外部4，此时程序会被中断。如果按下按钮开启手动或自动模式时，中断就会生效。假设系统的flage标识参量为0x01，按照0x5step参量来操作系统，在再次设置系统参数后，也会相应改变定时器3的参数。不仅需要开启电磁阀右端阀门，还需要打开定时器，流量计在输出脉冲信号时如果能够达到20ms的速度，就能够将活塞块移到系统最高处。这个时候电磁阀右端需要关闭。同时需要关闭定时器3，按照0x01step步骤来操作系统，重复上述操作四次，并记录流量计在后三次循环中的脉冲数，根据相应的公式进行K求知，并在第一扇区的SD卡中进行保存。如图5所示。
2.3 外部中断模式 外部4发生中断是由于标定按钮被按下所导致的，系统首先会判断是处于自动还是手动控制模式，以及是否在正常工作，只有两个条件都不符合时，才能够保持对相应函数的继续执行，如果falge和step的赋值分别为0x01和0x05。那么按钮在弹起后，就会引起外部再次出现中断，如果每一个按钮都处于弹起状态，那么系统在0x05，赋值的flag情况下无法工作，活塞块将朝着激振器移动[6]。
2.4 参数匹配模式 首先需要在200长度的match数组中插入SD卡进行读取，并反复比较目前的压实度值，最终找出最优解。
2.5 手动控制模式 系統在经过初始化后，如果自检结果并无异常，那么通过对按钮的手动触发，能够断开外部3，系统能够达到0x02赋值的flage表示参量。在SD卡中，通过对第二扇区的读取，能够实现对200长度的match[]数组、read8341（0xa4）函数的数据装载和调用，这个时候需要采集电位器所具有的输出量，并且需要匹配实压度参数。5.55.14和STM32的DA口分别具有Δn和i的计算功能和直接输出通过变量泵电磁铁中的电流i的功能。在控制Δn流量补偿参数的过程中，最首要的就是确定Δn属于正值还是负值，如果是正值，那么就需要再次设置系统参量，将电磁右端的阀门打开，并为定时器3赋能，持续到流量计的流量补偿参数和转速参数相等为止。如果是负值，就需要开启电磁左端的阀门[7]。如图6所示。
2.6 自动控制模式
系统在经过初始化后，如果自检结果并无异常，那么通过对按钮的手动触发，能够断开外部2，系统此时的标识标识参量为0x03赋值。位于第二扇区的SD卡能够装载200进度数据的数组match[]，通过对readdegree（）函数的调用，对压实度仪的访问，能够了解到路面此时的压实度，并进行参数匹配，计算Δn和i。在变量泵中应用STM32的DA口能够实现对电磁铁电流i的直接输出，并且能够控制需要补偿的Δn流量参数，首先需要了解Δn处于正值还是负值，如果是正值，那么较系统参数就会被充值，这个时候电磁阀右端开启后能够同时赋能定时器3，指导流量计转速与流量补偿具有相同的参数为止。如果是负值Δn，那么需要开启电磁阀左端。如图7所示。
3 结束语
本文从目标、控制规则以及相关方案方面对控制系统进行了确定;在控制系统中增加了手动和自动这两种模式，以此来对压路机进行调幅和调频。该控制系统的ARM微处理器和STM32微处理器属于硬件;系统具有6个模式的软件，能够实现对任意模块的独立汇编。用来压实地面的振动压路机具有复杂的过程，提出了调幅和调频控制采用专家系统的理念。做了相应的理论分析。
参考文献：
[1]张奕，刘桦，龙水根.智能压路机行走控制系统设计[J].筑路机械与施工机械化，2006，23（011）：56-58，61.
[2]郑录社，闫胜利.S12型双钢轮振动压路机的电液控制系统分析[J].筑路机械与施工机械化，2000，017（003）：7.
[3]赵铁栓，刘林林，杨卫超.无级调幅振动压路机的专家系统设计与应用[J].筑路机械与施工机械化，2012，29（011）：20-23.
[4]帅可力，贺舜君，罗武.一种超重型单钢轮振动压路机的电液比例控制系统，CN203320382U[P].2013.
[5]张佩，王凯.基于AMEsim的高频电控双钢轮振动压路机电液系统建模与仿真[J].机械工程师，2016（9）：137-139.
[6]陶永生，张俊娴，张帅，等.一种双钢轮压路机电液控制液压驱动变速系统，CN102490596A[P].2012.
[7]阮文廉，张建润，吴振鹏，等.振动压路机驾驶室半主动液阻隔振系统的优化fuzzy-PID控制性能分析[J].东南大学学报（英文版），2019，035（004）：399-407.
[8]邓振中，张霖，董程炜，等.一种全液压轮胎压路机定速巡航控制装置及其控制方法，CN102400436B[P].2014.