沥青混合料马歇尔稳定仪控制系统设计
摘要：马歇尔稳定度是路面施工及路面质量检测中评价沥青混合料配合比的重要指标。作为LD190-Ⅱ型马歇尔稳定仪控制部分，采用ADuC845作为主控制芯片，由主控芯片控制系统的加载、卸载、荷载数据测量、位移数据测量、温度数据的测量。同时实验结果以数据和曲线两种方式在液晶显示屏上显示出来。开发上位机软件，实现数据的处理及显示，界面友好，操作简单。
关键词：沥青混合料；马歇尔稳定度；ADuC845
中图分类号TP27 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)08-1933-03
Control System Design of the Asphalt Mixture Maxieer Stability Instrument
MA Dong1, WANG Min1, WANG Ning2
(1.Xi"an University of Architecture and Technology, Xi"an 710055, China; 2.Xi"an Yuanda Measurement and Control Technology Co., LTD, Xi"an 710000, China)
Abstract: Maxieer stabilization test instrument is an important index of mixture mixing evaluation in the pavement construction and the quality inspection of the road surface. As the type of the LD190 - Ⅱ the instrument control section use ADuC845 as the main control chip, which control loading, unloading, load data measurement, displacement data measurement, temperature data measurement. At the same time, the experimental results display on the LCD screen with the two way of date and curve. It includes developing the PC software, processing and display the date, the system is good for easily operation and friendly interface.
Key words: asphalt mixture; Maxieer stabilization; ADuC845
1 马歇尔稳定度概述
马歇尔法是在1939年美国密西西比州公路局工程师布鲁斯·马歇尔（Bruce Marshall）最早提出的。第二次世界大战期间，美国陆军工程兵加以改进使其成为一种设计方法。马歇尔稳定度是指时间受压至破坏时能承受最大荷载（单位：kN），而流值则是达到最大载荷时试件的垂直变形（单位：0.1mm）。在工程施工过程中通常使用马歇尔模数来衡量试件的抗压能力。
沥青混合料马歇尔稳定仪控制系统为实际路面施工中提供可靠的参考数据。马歇尔稳定度实验主要针对于沥青混合料配合比设计以及公路施工质量的检验，由于，通过马歇尔试验可以得到非常准确的实验数据，通过对于数据的分析，可以确定最佳的沥青用量，从而使沥青混合料达到规定的标准。
2 马歇尔稳定仪控制系统
我国近30年公路建设的飞速发展直接带动了公路测试仪器的飞速发展，随着我们科技水平和基础理论的研究工作的发展，公路测试仪器也在不断的朝着智能化，集成化，高精度的方向发展。在国内外公路施工过程中，马歇尔稳定度实验都是沥青混合料检测的必要环节。沥青混合料马歇尔试验的主要目的是确定最佳沥青使用量。沥青用量可以通过各种理论公式计算得出，但由于实际材料性质的差异，计算得到的最佳沥青用量仍然要通过实验来修正，所以采用马歇尔试验是沥青混合料配比设计的基本方法。
LD190-Ⅱ型全自动沥青混合料马歇尔稳定度试验仪控制系统严格按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0709-2000、0710-2000所规定的施工规范以及《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ 032-94）中的热拌沥青混合料马歇尔试验技术标准为基础，设计用于检测沥青混合料抗裂性能的马歇尔稳定度实验控制系统，为施工提供准确的实验数据。
2.1 系统主要参数
该试验仪的主要技术参数为：
压力：测量范围：0~30(kN)， 显示范围：0.01kN(10N)，精度范围：±20N
流值：测量范围：0~10.00mm，显示范围：0.1mm，精度范围：0.1mm
数据采集速度：45000次/秒
工作电压：220V、50HZ
工作温度：5~35℃
2.2 工作原理
该系统主要是用于测量路面芯样或者沥青混凝土试样的最大荷载，即马歇尔稳定度。首先，将试件放置于试验仪上，利用电机对其加压，当打到最大稳定度后，系统自动卸载，记录数据并显示在液晶显示屏上。在试验中采用垂直加压的方式，每隔0.08秒采样并记录数据，当达到最大稳定度后，系统延时工作0.2秒，系统卸载，自动显示数据，绘制曲线，完成实验。
3 硬件设计
马歇尔稳定度检测系统整体架构如图1所示。
3.1 硬件选择
1）主控芯片ADuC845是ADI公司新推出的嵌有单指令周期8052闪存MCU、带24位△-∑A/D、双12位D/A以及两个灵活脉宽调制输出的高性能24位数据采集与处理系统芯片。
2）压力传感器采用拉压式压力传感器，主要检测沥青混凝土试件所承受载荷，即试件承受压力。压力测量精确度为：0.01N。压力测量范围为：25KN～50KN。
3）位移传感器采用直线位移传感器主要检测沥青混凝土试件的形变量及位移，位移的测量范围为：0～0.1mm，设计电压为-1500mV-1500mV。
4）温度传感器采用DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20，检测温度范围-55℃～+125℃，精度±0.5℃。
5）外部存储器采用AT45DB021B，它采用SPI串口模式0～3方式与任何单片机或微机进行通信，几乎无需外接元器件，电路开发较为简单，读写IC操作非常方便，数据存储量大，安全性能好，芯片封装尺寸小，集成度高，电源电压低。
6）继电器采用固态继电器主要是为了降低干扰，避免继电器的吸合，无法断开的情况。
4 软件设计
系统软件流程图如图2所示。
4.1 系统初始化程序
1）系统初始化：允许内部振荡器，稳压器输出。
2）I/0口初始化：配置模拟数字输出输入接口
3）串口初始化：设置波特率（9600bps），数据位（8），停止位（1）
4）定时器初始化：定时器允许（1），系统时钟/12，中断定时器（10ms）
5）设置参数初始化：设置实验时间，实验温度，系统参数设置
6）LCD初始化：设置文本模式的宽度，设置文本模式的RAM起始地址，设置图形模式的宽度，图形模式的RAM起始位置，设置显示方式，设置显示模式，设置光标位置显示，设置光标形状，光标闪烁启用。
4.2 键盘扫描及处理
操作板按键有：参数加一、参数减一、光标左移、光标右移、参数设置、运行、停止、备用8个按键。利用按键完成系统启动、加载、卸载、数据显示、历史数据查询等操作。
4.3 最大稳定度判断算法思想
由于系统会不断的对试件进行加压，同时系统不停的采样并保存数据，我们需要对存储数据比较处理，当系统数据连续5次小于最大值，则将最大值进行保存，当连续7次小于最大值，我们将其认为是最大稳定度，此时的位移量即流值。
MOV A,SV_WDD+1 ;压力采样值-最大值>0->SV_YLM...
SUBB A, SV_YLM + 1
MOV A, SV_WDD
SUBB A, SV_YLM
JCAD_YLI ;判断连续5次小于最大值(-0.03KN)
MOV SV_YLM,SV_WDD;刷新压力最大值
MOV SV_YLM + 1, SV_WDD + 1
MOV SV_WYM,SV_LZ;刷新变形最大值
MOV SV_WYM + 1, SV_LZ + 1
MOV SV_PT+1,SV_PT;记下此时最大值指针,待运行结束时将最大值补存入相应地址.
AD_YLG:
MOV AD_DLY,#8 ;应连续7次小于最大值
4.4 实际曲线显示绘制界面
当系统加载开始，系统就会每隔0.08秒的时间采样一次，并将数据进行存储，显示屏不断的接收主控芯片的采样数据并显示出来，当系统运行到最大马歇尔稳定度时，延时0.2秒采样。然后系统卸载，最终实验完毕。在图形显示中主要显示为稳定度、流值、以及温度，同时将采样数据以图形形式显示在液晶显示在屏幕上。
5 实验结果及控制界面
由上位机界面我们可以看出，它的主要操作包括开始、上传采样数据、存盘、自检、刷新、退出、打印等。这些功能的实现能够通过用户在操作界面中的控制来实现，同时，我们也看出该操作简单，界面友好。
图3实验数据及上位机控制界面中（a）图是标准平滑的实验数据，是通过人工模拟做出的演示性数据，（b）图是世纪实验中得出的实验数据。由图我们可以看出该试验仪系统能够实现最大稳定度的测量及曲线的绘制。
6 小结
本系统经过实践证明，运行可靠，精度高，操作简单，能够达到国家相关标准，满足规范要求。上位机界面友好，数据处理方便，可以实时进行曲线绘制，实验数据的存储及打印。
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