自動攤鋪機通信模塊的設(shè)計

1．引言

隨著高等級公路的不斷發(fā)展，對于高等級公路的路面基層、底基層施工質(zhì)量要求也日益嚴格，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，因此采用攤鋪機攤鋪路面基層、底基層施工勢在必行。但公路工程任務(wù)中，質(zhì)量要求高，時間緊，操作條件惡劣，迫切要求改善操作環(huán)境，降低勞動強度，提高攤鋪機自動化程度。工程機械一體化和機器人化是工程機械未來的發(fā)展方向。融合電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等，實現(xiàn)機械產(chǎn)品的自動化和智能化，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。該瀝青混凝土自動攤鋪機的研制、開發(fā)，將提高道路攤鋪工程的自動化程度和智能化水平，改善道路工程的操作環(huán)境和勞動條件，降低勞動強度，提高攤鋪機產(chǎn)品的檔次，成為國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進的國產(chǎn)化產(chǎn)品，對促進我國公路交通事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。

2．?dāng)備仚C工作原理

瀝青混凝土道路的攤鋪過程是：在工作時，由裝載機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輸?shù)綌備仚C前方，將原料倒入攤鋪機的料斗中。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，熨平板用高強壓和振搗器的高頻率將原料壓實，待攤鋪機走過，原料冷卻后，路面形成。

3．通信模塊的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

圖1通信模塊的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

自動攤鋪機系統(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)動機的起、?？刂埔约案鞣N狀態(tài)參數(shù)的測量、顯示和故障報警。為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用了集散型計算機體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了集中管理以及功能和危險的分散。所有這些子控制系統(tǒng)都在不同的單片機上完成，而這些子系統(tǒng)之間的參數(shù)傳輸則由主交互機進行協(xié)調(diào)。顯而易見，攤鋪機能否在工作環(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單片機于系統(tǒng)能否進行可靠、穩(wěn)定的通信。根據(jù)項目的要求，對人機交互系統(tǒng)和測控機系統(tǒng)的各種輸入／輸出量的關(guān)系進行了深入細致的研究和測量，制定了如圖l所示的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

在圖1中，主交互機與左交互機、右交互機、車體行駛測控機、找平輸分料測控機利用CAN總線進行通信；而主交互機與移動電話則利用RS232C進行串行通信。

4．通信模板的硬件設(shè)計

本系統(tǒng)中采用億恒公司的16位CMOS單片機系列的C164作為主控制器。億恒C164是單片機是一款非常優(yōu)秀的單片機，特別是它的16位單片機，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時鐘頻率20MHz時具有下面的性能特點：

(1)帶有4級流水線高性能16位CPU

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

(2)集成在片存儲器

64KB在片可編程FLASH；2KB內(nèi)部RAM，用于變量存儲器池、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

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

(4)16個優(yōu)先級中斷系統(tǒng)

可達33個中斷節(jié)點帶有獨立的中斷矢量；在內(nèi)部程序執(zhí)行時，240ns/400ns中斷等待時間；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)換時間(最小為7.76us；5個定時/計數(shù)器；同步/異步串行通道；帶有15個信息體的CAN摸量；可編程時間間隔的看門狗定時器；實時時鐘；用于系統(tǒng)初始化的程序引導(dǎo)裝載器。

(6)59個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，可獨立進行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)機器電源：+V_m(+5V), G_m。

5．RS232C通信軟件設(shè)計

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(1或2停止位，7、8或9數(shù)據(jù)位)；在數(shù)據(jù)發(fā)送時產(chǎn)生校驗或喚醒位；奇或偶校驗位；錯誤檢測等。

5．2串行口通信編程

串行口主要用于移動電話和主交互機之間進行通信。串行通信的實現(xiàn)主要是通過對串口控制寄存器進行配置實現(xiàn)初始化。下面是這一過程的實現(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。