1、 引言

壓實度是指壓實土的干密度與標準擊實試驗獲得的干密度之比。在公路修筑中，路基、地基層、基層和面層都需要很好的壓實，以達到一定的密實度，提高道路的承載能力，并防止沉陷、水分滲透等。而衡量路基壓實質(zhì)量的一個重要指標就是路基的壓實度。通常，壓實度每提高1％，基礎(chǔ)承載能力就要提高10％。若是瀝青混凝土路面，壓實度每提高1％，承載能力和壽命可提高10～15％。壓實工作的重要性顯而易見。

目前施工或檢測部門一直采用的是傳統(tǒng)的人工抽樣方法來保證壓實質(zhì)量，這種方法不僅費時費力，而且還將造成路基的破壞。隨著交通運輸量的迅速增大，公路建設(shè)進一步發(fā)展，施工部門對壓實度的檢測提出了更高的要求。傳統(tǒng)的壓實度測量方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代的施工要求，因此，研制開發(fā)一種快速、無損、定量的壓實度檢測儀器迫在眉睫。

2、 車載壓實度檢測儀的硬件設(shè)計

隨著振動壓路機壓實工作的進行，土的密實度和彈性模量不斷增加，土與壓實輪之間的相互作用力也不斷增大，所以壓實輪的加速度幅值也在不斷增大，從而可以通過檢測加速度幅值變化間接測出路基的壓實狀況。車載壓實度檢測儀是一臺在線實時壓實度檢測計。它主要

由以下幾個部分組成：加速度傳感器、電荷放大器、A／D轉(zhuǎn)換、單片機、液晶顯示器以及通過RS-232串行口與車載式壓實度檢測儀相連的外部PC機。系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

2.1 單片機的選型

這里選用Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，其CPU采用與MCS-51兼容的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。

AT89S52是一款帶有8 kB可在線編程Flash存儲器的低功耗、高性能8位CMOS微控制器。它采用Atmel的高密非易失存儲制造技術(shù)并與工業(yè)標準的80C51指令集和引腳結(jié)構(gòu)相兼容。片上的Flash存儲器允許重復在線編程或通過傳統(tǒng)的非易失編程器進行編程，省去了每次都要拔片燒片之煩。AT89S52還提供以下標準功能：8 KB的Flash存儲器、256字節(jié)RAM、32根I／O引線、看門狗定時器、兩個數(shù)據(jù)指針、3個16位定時器／計數(shù)器、一個六向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、一個全雙工通訊端口、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。上述這些功能可很好地滿足系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計要求。

2.2 A／D轉(zhuǎn)換器的選擇

ADC0809是8位A／D轉(zhuǎn)換器。對于振動壓路機來說，其振動頻率在30 Hz～50 Hz，根據(jù)采樣定理可知：若連續(xù)信號xa（t）是有限帶寬，即fa是有界的，則采樣頻率fs＞2fa時的離散信號x（n）就確定了xa（t）。其中xa（t）的頻率為fa，x（n）表示采樣間隔為T的xa（t）的離散信號。參照實際工程應(yīng)用系統(tǒng)的硬件資源，一般取fs=10fa。本系統(tǒng)振動壓路機的振動頻率范圍在30 Hz～50 Hz，所以fa=500 Hz，即采樣周期T=2 ms。而ADC0809完成轉(zhuǎn)換大約需100μs，故能滿足系統(tǒng)的要求。對于瞬時值響應(yīng)的A／D轉(zhuǎn)換器來說，所需的轉(zhuǎn)換速率取決于所要求的轉(zhuǎn)換和被轉(zhuǎn)換信號的頻率。在本系統(tǒng)中僅采集振動輪一路加速度信號，因此ADC0809可完全滿足要求。

2.3 液晶顯示模塊

在FPD（Flat panel display）器件中，LCD以其輕、薄、小、耗電低等優(yōu)點而一枝獨秀。為LCD配置驅(qū)動電路，可構(gòu)成液晶顯示模塊LCM（Liquid Crys-tal Module）。它的基本組成元件除LCD、驅(qū)動電路外，一般還有連接件、背光源等。液晶顯示模塊同系統(tǒng)中的其他電路一樣，具有簡單的接口，并提供豐富的控制顯示的指令系統(tǒng)，為整機的開發(fā)節(jié)約了時間。

由于需要顯示加速度變化曲線，故在此選擇LCD點陣圖形液晶顯示模塊。點陣式LCD的控制與驅(qū)動較復雜，隨著大規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，現(xiàn)已有驅(qū)動電路芯片與控制電路芯片，還有的制作在液晶屏背面的線路板上，使LCD應(yīng)用更方便。這里選用的是成都飛宇達實業(yè)有限公司提供的FYD12864-0402B液晶顯示模塊，其與AT89S52的接口電路如圖2所示。

2.4 AT89S52與PC機串行接口

單片機輸出為TTL電平，要與RS-232進行接口，應(yīng)在單片機AT89S52與PC機的接口之間進行電平轉(zhuǎn)換。一般采用相應(yīng)的TTL電平轉(zhuǎn)換器即可實現(xiàn)，常用的RS-232電平轉(zhuǎn)換器件為MAXIM公司的MAX232。MAX232的電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。其中，MAX232的11引腳和AT89S52的11引腳連接，MAX232的12引腳和AT89S52的10引腳連接，MAX2323的15引腳和AT89S52的20引腳連接。

3、 車載壓實度檢測儀的軟件設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)采集及發(fā)送程序設(shè)計

系統(tǒng)中AT89S52串口控制器SCON設(shè)置為50H，SM0、SM1分別為0、1，即為串行工作方式1，REN為1，即允許串口接收。另外，還應(yīng)使AT89S52的中斷允許寄存器IE的開放或禁止所有中斷位EA為1，開放或禁止串行通道中斷位ES為1，即允許串行口中斷。AT89S52的并行口P0和P2分別作為8位數(shù)據(jù)的輸入和輸出口。P3口的輸出作為數(shù)據(jù)鎖存器和A／D的禁止和允許。下位機數(shù)據(jù)采集及發(fā)送程序流程圖如圖4所示。

3.2 液晶顯示程序設(shè)計

車載壓實度檢測儀最終通過液晶顯示屏顯示加速度變化曲線。FYD12864-0402B內(nèi)置ST7920驅(qū)動控制模塊。因此用戶不必為編寫復雜的驅(qū)動程序頭疼，只需按照接口說明正確連接好電路，根據(jù)要求編寫主程序就可以了。液晶顯示程序流程圖如圖5所示。

4 、結(jié)束語

本儀器在實際工作前，首先要對振動加速度的大小進行標定。實驗證明，車載式壓實度檢測儀具有傳統(tǒng)壓實度檢測儀器無可比擬的優(yōu)勢。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1） 快速性：車載壓實度檢測儀可以在線實時反映路基的壓實狀況，而傳統(tǒng)壓實度檢測法往往是在采樣之后進行人工分析，才能確定出當前路面的壓實狀況，往往造成工期延遲。

（2） 無破壞性：傳統(tǒng)的壓實度檢測法需要挖坑取樣，因此，不可避免對路

基造成破壞。

（3） 準確性：傳統(tǒng)的壓實度檢測方法僅可以測得有限點上壓實度的數(shù)值，且具有很大的隨機性，不能很好地反映整個壓實區(qū)域的壓實狀況。而車載式壓實度檢測法則可以顯示整個壓實區(qū)域的壓實狀況。

（4） 易操作性：傳統(tǒng)的壓實度檢測法需要熟練的手工操作，包括挖坑、稱重和測量含水量等，而車載壓實度檢測法則無須人工取樣。

相信隨著現(xiàn)代化高等級公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴大和對路基壓實質(zhì)量要求的提高，車載式壓實度檢測儀一定會在未來的公路建設(shè)中得到更加廣泛深入的應(yīng)用。

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