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基于DSP的车载式压实度实时检测系统设计

2010/12/20 11:21:12  来源:中国计量测控网 
字号: 13号字 16号字

  引言

  上世纪80年代后期,国内开始压实度计方面的研究,也曾开发出机载式压实度仪,由于采用数码管显示,没有采用先进的计算机技术,尽管成本低,但在实际应用中效果并不理想。仪器的实时性不强,显示值和实际测量值不能很好地对应。

  在国内外现有检测方法的基础上,本文对现有的压实度测量系统进行了改进。采用了先进的DSP芯片作为主控制器,充分利用DSP的高速运算能力,达到了对被压实路面压实度的实时、准确测量。

  工作原理

  现代压路机按压实原理可分为静力式压路机、振动式压路机和冲击式压路机。其中,振动压路机是目前国内使用最广泛的一种压实机械,其主要由发动机、传动系统、操作系统、行走装置和机架构成。振动轮是从动轮,也是压实轮,其采用的是一种不平衡偏心块式结构。当振动压路机在作业时,振动轮带动偏心块高速旋转,偏心块产生的离心力就成为干扰力。振动轮将此干扰力传递到土壤,使路基产生振动,在振动轮自身重力和冲击力的作用下,路基土壤颗粒间的摩擦力和粘结力被克服,小的颗粒填充到大颗粒土的空隙中,路基的压实度增加。

  
图1 压路机—路基压实系统模型

  振动压路机模型如图1所示。在由振动压路机—路基组成的压实系统中,振动轮的动力学参数的变化和路面的刚度密切相关,而路面的刚度与压实度正相关,因此,振动轮的动力学参数变化和压实度密切相关。通过对振动轮的动力学参数的分析,可以反映路面压实度变化。

  压实初期,路基填料比较疏松,压实度低,路基的弹性刚度小,因而阻尼大,振动轮的响应小。随着压实次数增加,路基的刚度增大,阻尼变小,振动轮的响应变大。

  当路面的压实度增大到一定程度后,由于偏心块系统的不平衡性及非线性,振动压路机能够产生跳振,因而产生特殊的次谐波分量。而且压实度越高,次谐波分量成分也越高。通过对基波与二次谐波的比值与压实度进行标定,可以实现对压实度的准确测量。

  
图2 硬件系统结构图

  硬件系统设计

  集成系统硬件设计的基本原则是:安全可靠:硬件设备要满足使用环境的温度、湿度、振动、粉尘等要求。有足够的抗干扰能力:硬件系统有完善的抗干扰措施,是保证系统精度、工作正常的必要条件。经济合理:计算机和外部设备在满足测试系统的速度、存储容量、兼容性、可靠性的基础上,合理选用和设计系统硬件。

  针对本系统中涉及的采样参数较多、运算量大、实时性要求高等特点,用普通的单片机难以达到系统设计要求。因此本系统采用了德州仪器(TI)公司的TMS320LF2407A(以下简称LF2407A)处理器作为主控芯片。

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