地埋式垃圾壓縮站遙控系統(tǒng)設計

（河南工程學院 土木工程學院，河南鄭州市，451191） 徐 平

（河南工程學院 機械工程學院，河南鄭州市，451191） 閆修鵬 李 英

隨著城市垃圾數(shù)量的不斷增加，垃圾處理日益受到關注[1]。常見的處理方式有填埋堆肥、焚燒及熱解氣化等，無論是哪一種處理方式，其收集和運輸是必要的環(huán)節(jié)[2]。目前主要的城市生活垃圾處理工藝有填埋、堆肥、焚燒、熱解氣化及綜合利用技術五種[3]，據(jù)2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示填埋處理量占63.9%；焚燒處理量占33.9%；其他處理方式占2.2%[4]。無論是哪一種處理方式，其收集和運輸都是必要的環(huán)節(jié)，但是傳統(tǒng)的收集過程沒有對垃圾進行有效的壓縮，使得垃圾體積較大，增加運輸量的同時還增加了垃圾存儲或者填埋場地，同時還大大降低垃圾的腐化。

為此垃圾在收集的同時進行壓縮然后再運輸已經(jīng)成為一種有效減少垃圾體積、運輸量、場地和腐化性的方法，因此設計開發(fā)用于固體垃圾的收集壓縮和運輸?shù)脑O備成為垃圾處理領域的研究熱點[5,6]。目前垃圾壓縮站有兩種，一種是地埋式垃圾壓縮站[7]，一種是移動式垃圾壓縮站[8,9]，由于地埋式垃圾壓縮站垃圾壓縮處理能力要強于移動式垃圾壓縮站，因此在一些垃圾量較大的地方有著廣泛的應用。

對于埋地式垃圾壓縮站來說，目前其操作時基本是面板操作，操作時離壓縮站距離較近，由于垃圾種類繁多，且沒有經(jīng)過處理，使得操作環(huán)境比較惡劣，特別是在夏天，甚至無法接近操作面板。為此，針對某款地埋式垃圾壓縮站，設計了遠程遙控系統(tǒng)。

1 垃圾壓縮站基本結(jié)構(gòu)及工作原理

地埋式垃圾壓縮站的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括機架、液壓油缸、壓頭、箱體中門和垃圾箱，其中，液壓油缸包括主副液壓缸，輔助液壓缸連接在頂部橫梁上，主液壓缸頂部與壓頭相連，壓頭對垃圾箱內(nèi)部的垃圾進行壓縮處理。

壓縮時，先由輔助液壓缸帶動壓頭向下伸展，達到最大行程后保持不動，再由主缸驅(qū)動對垃圾進行壓縮。完成壓縮后，推鏟機構(gòu)將垃圾塊推至垃圾儲存箱內(nèi)，再進行第二塊壓縮，待全部完成后，壓頭上的掛鉤與箱體上的掛鉤相連，在主缸的驅(qū)動下將其抬升至指定位置，最后由推鏟油缸驅(qū)動推鏟將垃圾塊推至轉(zhuǎn)運車上。

圖1 垃圾站總體圖

根據(jù)壓縮站的總體布局，系統(tǒng)中共有12個液壓缸，其中主、副液壓缸是1路管路，垃圾推入缸單獨1路液壓管路，前門升缸、掛箱缸、安全掛鉤和中門升缸都是左右各2個，左右兩個缸是同一管路，因此實際的控制閥只需要6個即可，每個控制閥分別有前進和后退兩個操作，為此需要12個電磁閥，如圖2所示。

圖2 液壓系統(tǒng)總體布局圖

2 控制系統(tǒng)設計

如前所述，此次設計是在原控制系統(tǒng)的基礎上設計一遠程遙控系統(tǒng)，為此本設計的主要內(nèi)容為利用單片機作為控制芯片，通過程序控制繼電器的狀態(tài)，繼而控制液壓缸的工作狀態(tài)以達到控制垃圾壓縮站的目的，其控制原理圖如圖3所示?？刂葡到y(tǒng)主要由信號發(fā)射、信號接收、單片機及繼電器組成。工作時，信號發(fā)射裝置傳遞給信號接收裝置一個信號，單片機開始工作，單片機通過內(nèi)部程序控制繼電器繼而實現(xiàn)對液壓缸的控制，實現(xiàn)對垃圾的壓縮處理，12路控制的原理完全一致。

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

為此，控制系統(tǒng)主要是遠程遙控系統(tǒng)，主要包括單片機最小系統(tǒng)、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊和繼電器控制。

2.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)指的是其能正常工作所必須的外圍元件，大體可分為時鐘電路和復位電路。此次設計選用的是AT89S51單片機，其自帶4K的FLASH程序存儲器，256B的RAM，32個I/O口，五個中斷源、兩個16位定時器，完全滿足外部輸入和控制輸出通道數(shù)的要求；復位電路采用上電復位方式；時鐘電路晶振11.0592MHz，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖4。

圖4 單片機最小系統(tǒng)

2.2 遙控部分設計

遙控部分的基本原理是利用三極管將編碼器的信號進行放大，調(diào)制后，將此脈沖波經(jīng)由紅外發(fā)射管轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柊l(fā)射出去，波長為940nm。而接收管將接收到光信號后轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大-增益-濾波-解調(diào)變-整形還原后，還原出遙控器給出的原始編碼，此時接收頭信號，并輸入到后續(xù)代碼對進行識別。

紅外遙控部分選用PT2262/2272芯片為主構(gòu)成的無線遙控器，PT2262/2272互為配套，一對帶地址和數(shù)據(jù)編碼功能的遙控發(fā)射芯片和接收芯片。

PT2262是載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元三者都集成于一身的芯片，負責控制信號的發(fā)射。需要說明的是，為了節(jié)省發(fā)射控制器面板，只布置了4個按鍵，通過不同組合來實現(xiàn)12個動作的操作，其操作屬于點動式遙控，每按下一個按鍵就有對應的電磁波信號發(fā)射出去，無線發(fā)射裝置電路如圖5所示。

圖5 無線遙控發(fā)射電路

PT2272是接收芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控信號的還原，接收模塊的電路如圖6。

圖6 無線遙控接收電路

2.3 繼電器控制

垃圾壓縮站選用繼電器對液壓缸的運動進行控制，繼電器閉合時對應的液壓閥門開啟，繼電器斷開時對應的液壓閥關閉。因此控制相對簡單，只需要利用I/O口控制繼電器的控制端即可，其控制系統(tǒng)的原理如圖7所示，此處利用二極管來替代外部繼電器控制端。

圖7 繼電器控制系統(tǒng)電路

3 軟件程序設計

控制程序相對簡單，只需要檢測按鍵是否按下，然后按照對應的鍵號處理即可，流程圖見圖8。

圖8 系統(tǒng)程序框圖

其中查表求鍵號相對復雜，其程序如下：

4 調(diào)試結(jié)果

如圖9所示為埋地式垃圾壓縮站實物圖，表1為垃圾壓縮站測試結(jié)果，包括垃圾處理量，垃圾尺寸、壓縮缸運行速度和推入缸運行速度都滿足要求，并且，通過實際的操作可以實現(xiàn)垃圾壓縮和垃圾箱上車等操作，達到了設計目的。

表1 壓縮站測試結(jié)果

圖9 垃圾壓縮站實物圖

5 結(jié)語

根據(jù)實際工程需要，完成了埋地式垃圾壓縮站遙控系統(tǒng)的設計，該設計基于價格便宜的51單片機和遙控模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)工作過程的控制，達到了預期設計目的。