基于PIC單片機(jī)控制的公路熱熔涂料標(biāo)線自動(dòng)劃線機(jī)的研究

趙立燕（山東交通職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 濰坊 261206）

基于PIC單片機(jī)控制的公路熱熔涂料標(biāo)線自動(dòng)劃線機(jī)的研究

趙立燕
（山東交通職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 濰坊 261206）

目前，在公路熱熔涂料標(biāo)線劃線機(jī)市場(chǎng)上，主要有智能型自動(dòng)劃線機(jī)和手推式劃線機(jī)兩種。智能型自動(dòng)劃線機(jī)主要依靠進(jìn)口，技術(shù)先進(jìn)，但結(jié)構(gòu)龐大，價(jià)格昂貴（大約20-30萬(wàn)美元）；手推式劃線機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低（大約3-5萬(wàn)元人民幣），但操作繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度高，道路施工劃線質(zhì)量受操作人員技術(shù)水平制約。針對(duì)以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種價(jià)格較低、操作簡(jiǎn)單的基于PIC單片機(jī)控制的手推式公路熱熔涂料標(biāo)線自動(dòng)劃線機(jī)。

熱熔涂料；自動(dòng)劃線機(jī)；PIC單片機(jī)

0　緒論

熱熔型道路劃線機(jī)是隨著熱熔型涂料的發(fā)展而逐漸發(fā)展提高起來(lái)的，用來(lái)涂刷熱熔型反光涂料，具有涂料與路面粘結(jié)力強(qiáng)、定向反光效果好、耐磨、抗老化、干燥迅速、流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，但此種結(jié)構(gòu)材料對(duì)所使用的劃線機(jī)技術(shù)要求高。施工需要有數(shù)臺(tái)設(shè)備分別完成從熔料到劃線各個(gè)環(huán)節(jié)。智能型自動(dòng)劃線機(jī)主要依靠進(jìn)口，技術(shù)先進(jìn)，但結(jié)構(gòu)龐大，價(jià)格昂貴，難以大面積推廣；手推式劃線機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低，但操作繁瑣、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，難以鋪設(shè)均勻間隔線，至今尚無(wú)理想的國(guó)產(chǎn)機(jī)型。針對(duì)以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種價(jià)格較低、操作簡(jiǎn)單的基于PIC單片機(jī)控制的手推式公路熱熔涂料標(biāo)線自動(dòng)劃線機(jī)。它具有涂料加熱、涂料溫度顯示、自動(dòng)出料控制功能。

本文主要討論了它機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。

1　機(jī)械部分結(jié)構(gòu)及工作原理

基于PIC 單片機(jī)控制的熱熔涂料標(biāo)線自動(dòng)劃線機(jī)工作時(shí)，溫度檢測(cè)裝置先檢測(cè)熔釜內(nèi)熱熔融的涂料溫度，將檢測(cè)到的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，加熱系統(tǒng)控制模塊根據(jù)比較的結(jié)果控制加熱系統(tǒng)的啟停，對(duì)涂料進(jìn)行加熱或保溫，顯示模塊顯示溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，熱熔涂料經(jīng)料斗過(guò)濾，攪拌葉片攪拌均勻，由電磁閥控制料門(mén)自動(dòng)打開(kāi)出料開(kāi)始劃線，同時(shí)后部的玻璃珠儲(chǔ)箱開(kāi)關(guān)也開(kāi)始撒玻璃珠，劃線機(jī)在移動(dòng)過(guò)程中，熱涂料緩緩流入料斗后涂敷在路面上，同時(shí)玻璃珠通過(guò)撒珠箱落在涂料層中，含有玻璃珠的涂料層冷卻后形成反光型熱熔涂料標(biāo)線。其原理示意圖如圖1所示。

圖1　原理示意圖

該劃線機(jī)主要由前后車(chē)輪、機(jī)架、攪拌桶、劃線斗、玻璃珠斗、撒播器、電動(dòng)機(jī)及單片機(jī)等組成。該機(jī)型結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量可靠，操作簡(jiǎn)便。該機(jī)的熔料釜采用耐熱不銹鋼制造，機(jī)身配有溫度檢測(cè)控制裝置。涂料斗通過(guò)調(diào)整杠桿的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)涂膜厚度。涂料斗與地接觸的落地刀采用耐磨硬質(zhì)合金制造，使其具有很好的耐久性；玻璃珠的撒布采用齒條軸隨劃線車(chē)的前進(jìn)而聯(lián)動(dòng)的定量進(jìn)料裝置，當(dāng)劃線機(jī)進(jìn)行劃線時(shí)，定量輥灑下與所涂面積相當(dāng)?shù)牟Ａе?，且玻璃珠撒布裝置備有離合裝置，可方便地離合，控制撒布裝置的動(dòng)作狀態(tài)。

2　道路劃線車(chē)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

道路劃線車(chē)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩部分，主要有設(shè)定模塊，溫度檢測(cè)模塊，加熱系統(tǒng)控制模塊，自動(dòng)出料控制模塊和顯示模塊五個(gè)部分。硬件部分主要介紹單片機(jī)和其它外圍硬件電路的聯(lián)系，軟件部分包括控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)。

2.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)道路劃線車(chē)控制系統(tǒng)功能需要，其硬件電路包括單片機(jī)復(fù)位和時(shí)鐘電路，溫度儀，加熱器件，電機(jī)控制電路、顯示電路。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

單片機(jī)選用作為控制主機(jī)。PIC16F676是MICROCHIP公司的一款14引腳封裝雙列直插式結(jié)構(gòu)的中檔單片機(jī)，它體積小，功耗低，指令少，抗干擾性好，可靠性高，具有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好。在一些小型應(yīng)用中，比傳統(tǒng)的C51單片機(jī)更加靈活。

溫度控制器采用歐姆龍E5CSZ溫度控制器。它是一種精確的溫度檢測(cè)控制器，可以對(duì)溫度進(jìn)行數(shù)字量化控制。采用熱電偶作為溫度檢測(cè)元件，它的原理是把熱電偶設(shè)計(jì)到相應(yīng)電路中，熱電偶隨溫度變化而改變，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓電流改變，再通過(guò)微控制器對(duì)改變的電壓電流進(jìn)行檢測(cè)、量化顯示出來(lái)，并做相應(yīng)的控制。數(shù)字溫度控制器具有精確度高、靈敏度好、直觀、操作方便等特點(diǎn)。

電磁閥選用高粘度法蘭電磁閥。當(dāng)線圈通電時(shí)，先導(dǎo)閥芯吸合，先導(dǎo)孔打開(kāi)，閥上腔卸壓，活塞靠下腔介質(zhì)壓力推動(dòng)，電磁閥打開(kāi)出料。當(dāng)線圈斷電時(shí)，先導(dǎo)閥芯靠彈簧復(fù)位，先導(dǎo)孔關(guān)閉，閥上腔由活塞節(jié)流孔增壓和復(fù)位彈簧的推力，電磁閥關(guān)閉。

根據(jù)PIC16F676的端口功能和控制系統(tǒng)的需求情況，對(duì)單片機(jī)的端口進(jìn)行分配，分配情況如表1。

表1　PIC16F676端口分配表

2.2道路劃線車(chē)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

道路劃線車(chē)控制系統(tǒng)的主程序主要完成單片機(jī)的初始化涂料溫度檢測(cè)、料斗自動(dòng)出料和涂料溫度顯示功能。其程序流程圖如圖3所示。

3　總結(jié)

基于PIC單片機(jī)控制的公路熱熔涂料標(biāo)線自動(dòng)劃線機(jī)它不同于以往的劃線機(jī)，通過(guò)單片機(jī)的控制，將自動(dòng)化和低成本統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)劃線設(shè)備的升級(jí)，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。該新產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)空間。本文設(shè)計(jì)的道路劃線車(chē)控制系統(tǒng)基本可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，但是它在抗干擾方面還需要進(jìn)一步改善。

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圖3　流程圖

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.028

趙立燕（1981-），女，工學(xué)學(xué)士，講師，主要從事電子信息、自動(dòng)控制等方面的教學(xué)工作。