專利名稱：路面冷再生機泡沫瀝青發(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械技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種路面冷再生機泡沫浙青發(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，嚴格的控制路面冷再生機泡沫浙青發(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方法改變浙青的狀態(tài)，這種方法不僅成本較高而且化學試劑易對環(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站的大型機械，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，系統(tǒng)控制信號驅(qū)動模塊；供電電源以及人機交互模塊；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)過對應的信號處理電路與控制器主機的IO 口連接；控制器主機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)速信號進行分析處理并通過相應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IO 口上；溫度傳感器輸出的電信號經(jīng)過冷端補償、放大、濾波、阻抗變換后接入到控制器主機模擬量輸入口上。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)速傳感器對流量進行反饋。浙青溫度控制采用控制器主機輸出的數(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行監(jiān)測，確保發(fā)泡質(zhì)量。控制系統(tǒng)還可根據(jù)路面實際情況設置修改控制參數(shù)，自動實現(xiàn)準確的油水混合比，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一步說明。如圖I所示，路面冷再生機泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)由控制主機、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采用單片機電路，單片機選用AVR的ATmegal28,單片機擴展有IXD12864液晶顯示和4位獨立按鍵鍵盤，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，由單片機的外部中斷來捕捉，分別接在單片機的INT0、INT2和INT4管腳。單片機的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式高性能電液比例方向閥，與之配套的是相應型號的比例放大器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個獨立按鍵用作參數(shù)設置，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)動機軸帶發(fā)電機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。當電源模塊電流較大時，三極管導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。運算放大器U19B的負輸入端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的ADCl引腳上。U19B集成運算放大器配合電阻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倍的三運放差動放大電路，可以達到一個相當高的共模抑制比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行一個很好的冷端補償。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，達到冷端補償?shù)哪康摹Ｔ陔娐返妮敵龆私由弦粋€由U18A運算放大器和電容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，最后接入到單片機的ADCO 口進行片內(nèi)模/數(shù)轉(zhuǎn)換。U31B運算放大器的引腳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。由三運放的正輸出端連接U18A運算放大器的引腳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的ADCO上。由此共同組成了一個帶冷端補償?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行信號隔離后把速度脈沖信號接入單片機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)動機軸帶發(fā)電機產(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接入單片機的I/O 口 PE2上，引腳2直接接到單片機的對地端使單片機的數(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和運算放大器組成的，運算放大器的正負輸入端口分別從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位獨立按鍵共同組成該系統(tǒng)的人機交互模塊。該系統(tǒng)通過C語言對ATmegal28單片機的編程來控制單片機的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，系統(tǒng)控制信號驅(qū)動模塊；供電電源以及人機交互模塊；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)過對應的信號處理電路與控制器主機 的IO 口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機泡沫浙青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，其特征在于控制器主機采用單片機電路，單片機選用AVR的ATmegal28，單片機擴展有IXD12864液晶顯示和4位獨立按鍵鍵盤，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)的電子元器件進行供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路面冷再生機泡沫浙青發(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泡沫瀝青發(fā)生裝置智能控制系統(tǒng)，屬筑路機械領(lǐng)域。主要由控制器主機、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。運行時控制器主機根據(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:徐州銳馬重工機械有限公司, 中國礦業(yè)大學