引言

上世紀80年代后期,，國內開始壓實度計方面的研究，也曾開發(fā)出機載式壓實度儀,，由于采用數碼管顯示,，沒有采用先進的計算機技術，盡管成本低,，但在實際應用中效果并不理想,。儀器的實時性不強，顯示值和實際測量值不能很好地對應,。

在國內外現有檢測方法的基礎上,，本文對現有的壓實度測量系統(tǒng)進行了改進。采用了先進的DSP芯片作為主控制器,，充分利用DSP的高速運算能力，達到了對被壓實路面壓實度的實時,、準確測量,。

　　工作原理

現代壓路機按壓實原理可分為靜力式壓路機、振動式壓路機和沖擊式壓路機,。其中,，振動壓路機是目前國內使用最廣泛的一種壓實機械，其主要由發(fā)動機,、傳動系統(tǒng),、操作系統(tǒng)、行走裝置和機架構成,。振動輪是從動輪,，也是壓實輪,，其采用的是一種不平衡偏心塊式結構。當振動壓路機在作業(yè)時,，振動輪帶動偏心塊高速旋轉,，偏心塊產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力被克服,，小的顆粒填充到大顆粒土的空隙中,，路基的壓實度增加。

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

　　振動壓路機模型如圖1所示,。在由振動壓路機—路基組成的壓實系統(tǒng)中,，振動輪的動力學參數的變化和路面的剛度密切相關，而路面的剛度與壓實度正相關,，因此,，振動輪的動力學參數變化和壓實度密切相關。通過對振動輪的動力學參數的分析,，可以反映路面壓實度變化,。

壓實初期，路基填料比較疏松,，壓實度低,，路基的彈性剛度小，因而阻尼大,，振動輪的響應小,。隨著壓實次數增加，路基的剛度增大,，阻尼變小,，振動輪的響應變大。

當路面的壓實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,，振動壓路機能夠產生跳振，因而產生特殊的次諧波分量,。而且壓實度越高,，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度進行標定,，可以實現對壓實度的準確測量,。

　　                    
                                          圖2  硬件系統(tǒng)結構圖

　　
硬件系統(tǒng)設計

集成系統(tǒng)硬件設計的基本原則是：安全可靠：硬件設備要滿足使用環(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,。經濟合理：計算機和外部設備在滿足測試系統(tǒng)的速度、存儲容量,、兼容性,、可靠性的基礎上，合理選用和設計系統(tǒng)硬件,。

針對本系統(tǒng)中涉及的采樣參數較多,、運算量大、實時性要求高等特點,，用普通的單片機難以達到系統(tǒng)設計要求,。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)基本結構如圖2所示,，加速度傳感器安裝在振動壓路機壓實輪的軸承上,，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,、激振馬達等的干擾波,。經電荷放大器放大后，分為兩路,。一路經濾波器濾波,，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生的一次諧波通過,。在LF2407A內部對兩路信號首先進行A/D轉換,，然后再對數字信號分別進行快速傅立葉變換，最終得到一個與路基壓實度成比例的值,，通過對該值和壓實度值進行標定,，可以用來準確表示壓實度值變化。

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，用來計算振動壓路機的行駛速度和里程,。
鍵盤用于輸入用戶指令,，是系統(tǒng)中很關鍵的部件，通過鍵盤按鍵響應與液晶菜單選擇,，實現檢測里程設置,、壓路機參數設置,、振動頻率顯示、保存,、打印等功能,。

                                                 圖3 軟件設計流程

　　
軟件系統(tǒng)設計

軟件是實現集成系統(tǒng)各種功能的關鍵。軟件設計的基本原則是：

①結構合理,。程序采用結構模塊化設計,。這不僅有利于程序的進一步擴充，而且有利于程序的修改和維護,。

②操作性能好,。在軟件系統(tǒng)設計時，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)設計相應的檢測程序,，以便在發(fā)生故障時，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，其代碼的優(yōu)化率可以達到90%,。而且在編程過程中可以嵌入匯編語言,，因此編程靈活、方便,。

軟件設計流程如圖3所示,。其中，按鍵服務子程序又包括：檢測里程設置,、壓路機參數設置,、土類設置、連續(xù)動態(tài)檢測設置,、保存,、打印、退出等,。

　　結語

本文論述的系統(tǒng)在結合現有檢測技術的基礎上,，采用先進的DSP，駕駛員可以從顯示器上隨時查看壓實情況,、振動頻率,、運行速度，能夠實現壓實質量的實時控制，精度高,、實時性強,。

　　參考文獻

1 杜善其. 振動壓路機壓實度實時測量與控制信號的分析[J]. 壓實機械與施工技術，2004
2 鄧學欣,，王太勇,，任成祖，王杏華等. 壓實度自動檢測技術及其應用[J]. 西南交通大學學報,，2003,，Vol.38