自動(dòng)攤鋪機(jī)通信模塊的設(shè)計(jì)

1．引言

隨著高等級(jí)公路的不斷發(fā)展，對(duì)于高等級(jí)公路的路面基層、底基層施工質(zhì)量要求也日益嚴(yán)格，采用常規(guī)的施工方法已難以滿足其表面幾何尺寸和平整度的要求，因此采用攤鋪機(jī)攤鋪路面基層、底基層施工勢(shì)在必行。但公路工程任務(wù)中，質(zhì)量要求高，時(shí)間緊，操作條件惡劣，迫切要求改善操作環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高攤鋪機(jī)自動(dòng)化程度。工程機(jī)械一體化和機(jī)器人化是工程機(jī)械未來的發(fā)展方向。融合電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)化和智能化，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。該瀝青混凝土自動(dòng)攤鋪機(jī)的研制、開發(fā)，將提高道路攤鋪工程的自動(dòng)化程度和智能化水平，改善道路工程的操作環(huán)境和勞動(dòng)條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高攤鋪機(jī)產(chǎn)品的檔次，成為國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)的國產(chǎn)化產(chǎn)品，對(duì)促進(jìn)我國公路交通事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。

2．?dāng)備仚C(jī)工作原理

瀝青混凝土道路的攤鋪過程是：在工作時(shí)，由裝載機(jī)從瀝青混凝土攪拌站將混合攪拌好的高溫鋪路材料料快速運(yùn)輸?shù)綌備仚C(jī)前方，將原料倒入攤鋪機(jī)的料斗中。料斗的下方是左、右兩條輸料帶，輸料帶將原料一直帶到車體后方，原料從輸料帶上落下。分料架是兩個(gè)螺旋桿，它們通過旋轉(zhuǎn)將堆積在中間的原料向兩邊分開，基本均勻分布在路面上。車體的最后方是熨平板，熨平板用高強(qiáng)壓和振搗器的高頻率將原料壓實(shí)，待攤鋪機(jī)走過，原料冷卻后，路面形成。

3．通信模塊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1通信模塊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

自動(dòng)攤鋪機(jī)系統(tǒng)既龐大、又復(fù)雜。包括車體的方向、速度控制，輸分料控制，大臂、熨平板、找平控制，發(fā)動(dòng)機(jī)的起、?？刂埔约案鞣N狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量、顯示和故障報(bào)警。為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用了集散型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了集中管理以及功能和危險(xiǎn)的分散。所有這些子控制系統(tǒng)都在不同的單片機(jī)上完成，而這些子系統(tǒng)之間的參數(shù)傳輸則由主交互機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)。顯而易見，攤鋪機(jī)能否在工作環(huán)境相當(dāng)惡劣的條件下正常、可靠、穩(wěn)定地工作，很大程度上取決于各個(gè)單片機(jī)于系統(tǒng)能否進(jìn)行可靠、穩(wěn)定的通信。根據(jù)項(xiàng)目的要求，對(duì)人機(jī)交互系統(tǒng)和測(cè)控機(jī)系統(tǒng)的各種輸入／輸出量的關(guān)系進(jìn)行了深入細(xì)致的研究和測(cè)量，制定了如圖l所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

在圖1中，主交互機(jī)與左交互機(jī)、右交互機(jī)、車體行駛測(cè)控機(jī)、找平輸分料測(cè)控機(jī)利用CAN總線進(jìn)行通信；而主交互機(jī)與移動(dòng)電話則利用RS232C進(jìn)行串行通信。

4．通信模板的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中采用億恒公司的16位CMOS單片機(jī)系列的C164作為主控制器。億恒C164是單片機(jī)是一款非常優(yōu)秀的單片機(jī)，特別是它的16位單片機(jī)，高性能CPU 結(jié)合功能豐富的外設(shè)，每秒可執(zhí)行1250萬條指令，在CPU時(shí)鐘頻率20MHz時(shí)具有下面的性能特點(diǎn)：

(1)帶有4級(jí)流水線高性能16位CPU

80ns最小指令循環(huán)時(shí)間，大多數(shù)指令僅需1個(gè)循環(huán)，即兩個(gè)CPU循環(huán)；16*16位乘法需400ns(20個(gè)CPU循環(huán))，32位除16位需800ns(40個(gè)CPU循環(huán))。處理能力達(dá)到10MIPS。

(2)集成在片存儲(chǔ)器

64KB在片可編程FLASH；2KB內(nèi)部RAM，用于變量存儲(chǔ)器池、系統(tǒng)堆棧和代碼；2KB在片高速RAM，用于變量、用戶堆棧和代碼；4KB在片數(shù)據(jù)EEPROM，用于non-volatile變量。

(3)外部總線接口

獨(dú)立或復(fù)用總線配置；段分配和片選信號(hào)產(chǎn)生；8位或16位數(shù)據(jù)總線。

(4)16個(gè)優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)

可達(dá)33個(gè)中斷節(jié)點(diǎn)帶有獨(dú)立的中斷矢量；在內(nèi)部程序執(zhí)行時(shí)，240ns/400ns中斷等待時(shí)間；快速外部中斷。

(5)智能在片外設(shè)子系統(tǒng)

8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，帶有可編程轉(zhuǎn)換時(shí)間(最小為7.76us；5個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；同步/異步串行通道；帶有15個(gè)信息體的CAN摸量；可編程時(shí)間間隔的看門狗定時(shí)器；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；用于系統(tǒng)初始化的程序引導(dǎo)裝載器。

(6)59個(gè)I/O引腳

輸入模式具有三態(tài)；具有位尋址功能。

通信模塊的硬件電路如圖2所示。

圖2通信模塊的硬件電路圖

通信模塊帶有CANBUS、RS232C各一路，可獨(dú)立進(jìn)行CAN總線通信和RS232C串行通信。RS232C通信硬件電路由C164片內(nèi)異步串行口、光耦、MAX232A和傳輸線構(gòu)成。CAN通信由C164片內(nèi)CAN控制器、光耦、CAN收發(fā)器PAC82C250和傳輸線構(gòu)成。

CAN收發(fā)器PAC82C250與C164CI的接口均帶有光電隔離，隔離前后采用兩套電源：

(1)系統(tǒng)電源：+V_s(+5V), G_s ；

(2)機(jī)器電源：+V_m(+5V), G_m。

5．RS232C通信軟件設(shè)計(jì)

5．1C164CI的異步串口

C164CI的異步串行口ASC0提供了與其它系統(tǒng)串行通信端口，它的特點(diǎn)是：自帶波特率發(fā)生器的異步串口；異步模式，最大625Kbaud傳送速率；全雙工位；可編程特點(diǎn)(1或2停止位，7、8或9數(shù)據(jù)位)；在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)產(chǎn)生校驗(yàn)或喚醒位；奇或偶校驗(yàn)位；錯(cuò)誤檢測(cè)等。

5．2串行口通信編程

串行口主要用于移動(dòng)電話和主交互機(jī)之間進(jìn)行通信。串行通信的實(shí)現(xiàn)主要是通過對(duì)串口控制寄存器進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)初始化。下面是這一過程的實(shí)現(xiàn)步驟：

1．串口控制寄存器初始化；

2．定義波特率；

3．定義中斷；

4．定義引腳的特殊功能；

5．系統(tǒng)啟動(dòng)。