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的人工抽樣方法來保證壓實質量，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，公路建設進一步發展，施工部門對壓實度的檢測提出了更高的要求。傳統的壓實度測量方法已經不能適應現代的施工要求，因此，研制開發一種快速、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公司生產的AT89S52單片機，其CPU采用與MCS-51兼容的結構和指令系統。

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并與工業標準的80C51指令集和引腳結構相兼容。片上的Flash存儲器允許重復在線編程或通過傳統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RAM、32根I／O引線、看門狗定時器、兩個數據指針、3個16位定時器／計數器、一個六向量兩級中斷結構、一個全雙工通訊端口、片內振蕩器和時鐘電路。上述這些功能可很好地滿足系統硬件部分的設計要求。

2.2 A／D轉換器的選擇

ADC0809是8位A／D轉換器。對于振動壓路機來說，其振動頻率在30 Hz～50 Hz，根據采樣定理可知：若連續信號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。參照實際工程應用系統的硬件資源，一般取fs=10fa。本系統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完成轉換大約需100μs，故能滿足系統的要求。對于瞬時值響應的A／D轉換器來說，所需的轉換速率取決于所要求的轉換和被轉換信號的頻率。在本系統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、耗電低等優點而一枝獨秀。為LCD配置驅動電路，可構成液晶顯示模塊LCM（Liquid Crys-tal Module）。它的基本組成元件除LCD、驅動電路外，一般還有連接件、背光源等。液晶顯示模塊同系統中的其他電路一樣，具有簡單的接口，并提供豐富的控制顯示的指令系統，為整機的開發節約了時間。

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的控制與驅動較復雜，隨著大規模集成電路工藝的發展，現已有驅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應用更方便。這里選用的是成都飛宇達實業有限公司提供的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，應在單片機AT89S52與PC機的接口之間進行電平轉換。一般采用相應的TTL電平轉換器即可實現，常用的RS-232電平轉換器件為MAXIM公司的MAX232。MAX232的電平轉換電路如圖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計

3.1 數據采集及發送程序設計

系統中AT89S52串口控制器SCON設置為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位數據的輸入和輸出口。P3口的輸出作為數據鎖存器和A／D的禁止和允許。下位機數據采集及發送程序流程圖如圖4所示。

3.2 液晶顯示程序設計

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內置ST7920驅動控制模塊。因此用戶不必為編寫復雜的驅動程序頭疼，只需按照接口說明正確連接好電路，根據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壓實度檢測儀器無可比擬的優勢。具體體現在以下幾個方面：

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

（4） 易操作性：傳統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。

相信隨著現代化高等級公路建設規模的不斷擴大和對路基壓實質量要求的提高，車載式壓實度檢測儀一定會在未來的公路建設中得到更加廣泛深入的應用。

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