壓路機司機職業技能競賽自動評分裝置設計

王亮軍 陳燕飛 潘彩霞

（南京交通職業技術學院，江蘇南京 211100）

壓路機司機的操作水平直接影響道路的外觀質量和使用舒適度，技能競賽是提高司機技能水平重要措施[1]。評分工作是技能競賽中重要組成部分，目前評分工作由裁判員負責，各項目的打分和合分均由人工完成，存在評分不準確、煩瑣易錯的問題。為解決相關問題，應推進考核評分工作的電子化、自動化、可視化[2-3]。本文根據該項目的考核過程設計了一種自動評分系統，可以實現壓路機司機操作技能考核過程中評分、記分工作的自動進行，減少裁判員的工作量，提高評分過程的準確性、客觀性和實時性，促進壓路機司機職業技能競賽活動的高效進行。

1 壓路機技能操作考核規則

壓路機技能操作考核由三個項目組成，分別為路面碾壓（直線和弧線）、過單軌和倒車入庫，三個項目在規定時間內連續進行。競賽總流程如圖1所示。

圖1 競賽總流程（單位：cm）

裁判員下達競賽開始指令（計時開始），選手駕駛壓路機由機庫駛出，從碾壓始端FG進入碾壓路面的右側，沿線路（1）前進，通過直線碾壓段FI。出終端KL前進入換向區KLMN，換向倒車進入碾壓路面的左側，沿線路（2）倒車，通過弧線碾壓段KJ及直線碾壓段JG。繼續向前通過單軌，按指定路線倒入機庫，定點停車。選手發出信號示意競賽完成或限定時間到，裁判員哨音響起同時舉紅旗示意計時終止，選手競賽結束。

路面碾壓：考核選手在施工過程中駕駛壓路機進行直道和城市狹窄彎道的碾壓技能，要求選手勻速駕駛壓路機。

過單軌：考核選手在施工過程中精確駕駛壓路機的技能，要求選手駕駛壓路機勻速通過單軌。

倒車入庫：考核選手駕駛壓路機倒車入庫和定點停車的技能，要求選手按指定路線倒車入庫，居中停正，通過一次停車完成。

2 總體設計

路面碾壓項目：在圖1中黑圓點位置安放直徑為40 mm的磁鐵作為運行軌跡的檢測點，總數為60個。在后輪左右兩側伸出輪緣20 cm處安裝磁性傳感器，用以檢測后輪的碾壓軌跡。根據磁性傳感器與磁鐵的位置判定壓路機是否在既定的軌跡，判定是否得分。

過單軌項目：選手駕駛壓路機通過單軌時，整機前進順利通過單軌得20分，前輪和后輪有任一處著地不得分。在單軌附近適當位置設置傳感器，司機按照操作路線駕駛壓路機通過單軌時，根據傳感器采集信息判定壓路機在單軌上的運行狀態，判定是否得分。

倒車入庫項目：車庫地面上設有停車位置的靶盤，壓路機后輪固定有靶針，停車后靶針在靶盤中位置決定得分。庫區采用測距傳感器完成壓路機停車點測定，再通過坐標換算判斷靶針在靶盤中位置評分。

2 硬件設計

評分系統主要采用定位技術、微型計算機及顯示技術，使用集成芯片的器件進行設計，系統硬件結構如圖2所示。

圖2 系統硬件結構

系統選用單片機最小系統為控制電路，按照模塊化設計，包括顯示模塊、鍵盤輸入模塊以及信息采集模塊。由單片機控制各個模塊的工作，通過單片機實現各模塊之間的通信和協調。通過設置在碾壓區、單軌區和庫區的傳感器采集壓路機控制情況，再將數據傳送至單片機處理、判斷并評分，通過顯示屏動態顯示。

2.1 單片機主控電路

根據對系統的功能和性能需求分析，選擇具有功耗低、速度快、價格便宜等諸多優點的AT89C52單片機[4]。

2.2 傳感器模塊

針對碾壓區、單軌區和庫區三不同考核場景，選擇不同的傳感器，碾壓區項目和過單軌項目選用磁感應傳感器，庫區定點停車項目選用激光測距傳感器。

（1）碾壓區地面布置60塊磁鐵，壓路機外輪兩側安裝M8圓柱形霍爾傳感器，用于檢測壓路機運行軌跡，該傳感器靈敏度高、穩定性好、安裝方便，采用開關量輸出，不需要處理電路，可以直接提供單片機使用[5]。

（2）單軌區地面兩側布置磁性強度適宜的長條形磁鐵，壓路機前輪和后輪都未跌落單軌時，M8圓柱形霍爾傳感器檢測不到磁鐵信號，不扣分；如果任何一側跌落，傳感器距離磁條距離變小，傳感器檢測到信息，扣分。

（3）庫區采用垂直安裝在壓路機水平方向（一個安裝于壓路機前進方向，另一個垂直安裝于水平方向）的高精度激光測距模塊完成定點停車信息采集，該模塊測距精度高，采用模擬量輸出。采用外圍器件處理，經過整形電路濾波、信號放大數據，將兩路數據送至單片機合成計算[6]。

2.3 顯示模塊

本系統的顯示模塊采用LCD1602液晶顯示方式實現，包括字符型液晶顯示屏、驅動電路HD44780，顯示信息主要包括當前的考核項目、當前的考試評分和剩余時間。

2.4 鍵盤輸入模塊

系統需要設置三個按鍵，包括考核開始、考核結束和模式開關，可以選擇AT89C51單片機的P2.5、P2.6和P2.7三個引腳實現。

3 軟件設計

根據自動評分系統的考核過程及要求，系統應實現的軟件功能包括傳感器信息處理、考核項目自動識別、評分、記分和顯示功能。使用Keil軟件編寫程序，軟件由主程序和各個模塊的子程序組成。

3.1 數據處理

碾壓區：壓路機在沿著碾壓路徑前進過程中，如果選手控制壓路機的精度達到要求，霍爾傳感器會檢測到布置在地面的磁鐵，產生一個信號，如果一直達到控制精度，就會檢測到60個開關信號，采用加分制。

式中：I1——分值權重；n——磁鐵數目，60個；ai——第i個采樣值，如果有開關量輸入為1，否則為0。

單軌區：當壓路機正常跌落單軌時，霍爾傳感器檢測到一個開關信號，扣分，得0分，否則不扣分，得滿分。

式中：b——采樣值；a——該項目滿分值。

庫區定點停車：壓路機入庫定點停車后，根據兩個激光測距傳感器數據計算停車點到靶盤中心距離，再進行賦分：

式中：L——停車點到靶盤中心的距離；（x0，y0）——庫區靶盤中心坐標位置，根據實際設計尺寸決定；ai——停車點到靶盤中心距離在[Li,Li+1]范圍的分值；（xi，yi）——壓路機第i次停車位置坐標，由兩路激光測距傳感器采集；a0——最大分值；an——最小分值；Lmin——最小的靶盤距離；Lmax——最大靶盤距離。

3.2 軟件處理流程

評分裝置通電啟動后，先進行初始化和上電自檢，等待考評員通過鍵盤啟動考核，選手按照既定流程完成考核的過程中，評分裝置首先完成考核項目的識別，再根據傳感器的輸入判斷得分情況并記分，直到考核項目全部完成，顯示模塊實時顯示得分情況。系統軟件流程如圖3所示。

圖3 軟件流程

4 結語

該評分裝置以單片機為核心，根據競賽項目特點選擇傳感器，從軟硬件兩個方面對系統進行設計，系統操作簡單，可以動態顯示評分結果。該裝置能夠穩定、可靠工作，與裁判員評分結果對比可知，裝置評分和記分結果準確性較高。裝置可以提高評分工作的效率，保證考核過程的透明度及客觀性，具備替代裁判員完成評分和記分工作的條件。