1引言

　　在我國北方，冬季普遍降雪，特別是一些高寒地區(qū)，降雪期長達5-6個月。積雪給道路、機場及人們出行帶來極大的危害，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是效率低，且必須在白天工作，嚴重影響交通，給過往車輛、行人帶來極大不便。二是拋灑融雪劑。鹽是最經(jīng)濟，最有效的融雪劑，但是如果撒布作業(yè)操作控制不當，撒鹽過量，會損害植物，污染地下水，對環(huán)境造成危害，還會浪費資源，增大經(jīng)濟損失[1]。

　　隨著社會的發(fā)展及機械化技術(shù)水平的不斷提高，人們迫切需要有一種性能良好、自動化程度較高的機械來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的清雪方法。多功能除雪車的研制正是在此背景下被提出的，它采用車速導航自動撒布控制系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)融雪撒布車采用單級或多級速度調(diào)節(jié)的不精確、低效率的缺點。而本文所提出的智能撒布系統(tǒng)控制器可以說是多功能除雪車上的“大腦”，正是在此控制器的控制下，除雪車才能夠按規(guī)定，自動的完成撒布操作。因此，智能撒布系統(tǒng)控制器對于研制新型多功能除雪車具有重要的推動作用[2]。

　　2撒布系統(tǒng)

　　撒布系統(tǒng)以數(shù)字控制芯片為核心，通過電液控制撒布機構(gòu)，使得除雪車能夠按設(shè)定好的撒布量，把物料均勻的拋撒在路面上。整個系統(tǒng)由控制器和液壓機構(gòu)兩部分組成，控制器負責系統(tǒng)的運行，液壓機構(gòu)是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，負責物料的拋撒。

　　該系統(tǒng)有兩種工作方式，自動方式和手動方式，分別用在不同的作業(yè)場合。自動方式下，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車速、撒布寬度以及的變化，自動更新驅(qū)動液壓馬達的參數(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。手動方式下，控制系統(tǒng)是按照操作員設(shè)定的恒定速度來操作的，此種方式用于試驗校準和低速等特殊作業(yè)工況。

　　系統(tǒng)還可以由操作者根據(jù)具體情況，給定驅(qū)動液壓馬達的電流參數(shù)，滿足設(shè)定撒布量的撒布要求，在特殊地段和危險地段作業(yè)時非常有用。另外，執(zhí)行撒布操作時，操作者可以根據(jù)具體情況隨時改變需要的撒布量和撒布寬度，每當新的數(shù)據(jù)設(shè)定后，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定要求更新驅(qū)動兩個液壓馬達的電流參數(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)各個功能的實現(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：主控制器和信號處理器。傳感器通過連接通道把外部信號傳送給信號處理器，信號處理器負責檢測、采集和處理傳感器信號，并把從主控制器來的控制信號進行分析、處理，然后輸出兩路模擬信號驅(qū)動液壓機構(gòu)，同時把要顯示的數(shù)據(jù)傳給主控制器。主控制器主要負責產(chǎn)生控制信息，并把控制命令傳遞給信號處理器，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、聲光報警等功能?？刂破饕訫SP430單片機為核心處理器，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)標定

　　撒布系統(tǒng)控制器的輸出為兩路模擬電流信號，也就是驅(qū)動電液比例流量控制閥的電流，而電流與液壓馬達的轉(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)整液壓馬達的轉(zhuǎn)速。液壓機構(gòu)由兩個電液比例流量閥組成，一個控制物料輸送帶的液壓馬達，一個控制拋撒盤的液壓馬達。輸送帶用來傳輸撒布物料，通過調(diào)節(jié)液壓馬達的轉(zhuǎn)速來控制輸送量即撒布量，液壓馬達的轉(zhuǎn)速越快，單位時間內(nèi)拋撒的物料越多，反之越??；拋撒盤用來控制物料撒布寬度，液壓馬達的轉(zhuǎn)速越快，拋撒寬度越大，反之越小。這樣就可以通過改變控制器輸出的電流信號大小來控制物料的撒布量和拋撒寬度。

　　圖2液壓馬達轉(zhuǎn)速和比例放大電流關(guān)系示意圖

　　綜上所述，問題的關(guān)鍵在于怎樣由車速、撒布寬度，撒布量等參數(shù)計算出單片機內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)值。

　　4.1控制輸送帶的驅(qū)動參數(shù)計算公式如下：

　　(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為車速；N為物料輸送帶標定參數(shù)；a為單位系數(shù)。

　　DAC12_0DAT為單片機內(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)，我們還需要知道車速值和輸送帶標定參數(shù)值才能求得V的數(shù)值。

　　車速值計算表達式如下：

　　(2)

　　式中：C為車速（單位km/h）；T為定時時間內(nèi)的脈沖數(shù)；M為標定脈沖數(shù)；b為單位系數(shù)。

　　標定脈沖數(shù)是在車輛行駛100米的距離中記錄脈沖數(shù)，進而可以求出單位脈沖對應(yīng)的行駛距離，定時器定時500ms，即每500ms刷新一次速度值。

　　單位系數(shù)b的值計算如下：

　　(3)

　　在開始定時的同時啟動計數(shù)器開始計數(shù)，定時器中斷產(chǎn)生后，根據(jù)讀取出的計數(shù)值再把式(3)入到式(2)算出車速。

　　輸送帶校驗參數(shù)N是使系統(tǒng)能夠得到正確驅(qū)動參數(shù)的關(guān)鍵系數(shù)，其校驗原理為，記錄一定時間內(nèi)，在滿量程電流輸出的情況下（全速執(zhí)行液壓馬達），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的值計算如下：

　　(4)

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

　　4.2控制拋灑盤的驅(qū)動參數(shù)直接通過拋灑盤的校驗確定。

　　校驗原理為，在保證輸送帶馬達正常運行且以滿量程驅(qū)動的情況下，手動改變驅(qū)動拋灑盤的電流轉(zhuǎn)換數(shù)值，在得到正確的寬度時停止驅(qū)動并存儲參數(shù)，從寬度值4m到10m依次校驗并用數(shù)組存儲器起來。校驗后系統(tǒng)就可以根據(jù)一定的寬度調(diào)用對應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換數(shù)值，滿足撒布寬度要求。

　　這樣，系統(tǒng)就會根據(jù)車速的變化和撒布寬度的變化，自動調(diào)整驅(qū)動輸送帶比例流量閥和拋灑盤比例流量閥的參數(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速導航智能撒布系統(tǒng)控制器，硬件以430單片機MSP430F167為處理器，無論從系統(tǒng)的處理速度還是系統(tǒng)控制精度上來看效果都很好，目前本控制器已經(jīng)投入使用。實驗證明，安裝有智能撒布系統(tǒng)控制器的除雪車能夠讓資源的使用率提高近30%，且控制器價格低廉、使用方便，預計會有很廣闊的市場前景。

　　此外，本控制器的研制對多功能除雪車的開發(fā)以及對我國除雪機械事業(yè)的發(fā)展都具有重要的意義[6]。

　　姓名：崔世界

　　所屬單位：大連理工大學機械工程學院（116023）

　　通信地址：遼寧省大連市大連理工大學機械工程學院218室

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