压路机司机职业技能竞赛自动评分装置设计

王亮军 陈燕飞 潘彩霞

（南京交通职业技术学院，江苏南京 211100）

压路机司机的操作水平直接影响道路的外观质量和使用舒适度，技能竞赛是提高司机技能水平重要措施[1]。评分工作是技能竞赛中重要组成部分，目前评分工作由裁判员负责，各项目的打分和合分均由人工完成，存在评分不准确、烦琐易错的问题。为解决相关问题，应推进考核评分工作的电子化、自动化、可视化[2-3]。本文根据该项目的考核过程设计了一种自动评分系统，可以实现压路机司机操作技能考核过程中评分、记分工作的自动进行，减少裁判员的工作量，提高评分过程的准确性、客观性和实时性，促进压路机司机职业技能竞赛活动的高效进行。

1 压路机技能操作考核规则

压路机技能操作考核由三个项目组成，分别为路面碾压（直线和弧线）、过单轨和倒车入库，三个项目在规定时间内连续进行。竞赛总流程如图1所示。

图1 竞赛总流程（单位：cm）

裁判员下达竞赛开始指令（计时开始），选手驾驶压路机由机库驶出，从碾压始端FG进入碾压路面的右侧，沿线路（1）前进，通过直线碾压段FI。出终端KL前进入换向区KLMN，换向倒车进入碾压路面的左侧，沿线路（2）倒车，通过弧线碾压段KJ及直线碾压段JG。继续向前通过单轨，按指定路线倒入机库，定点停车。选手发出信号示意竞赛完成或限定时间到，裁判员哨音响起同时举红旗示意计时终止，选手竞赛结束。

路面碾压：考核选手在施工过程中驾驶压路机进行直道和城市狭窄弯道的碾压技能，要求选手匀速驾驶压路机。

过单轨：考核选手在施工过程中精确驾驶压路机的技能，要求选手驾驶压路机匀速通过单轨。

倒车入库：考核选手驾驶压路机倒车入库和定点停车的技能，要求选手按指定路线倒车入库，居中停正，通过一次停车完成。

2 总体设计

路面碾压项目：在图1中黑圆点位置安放直径为40 mm的磁铁作为运行轨迹的检测点，总数为60个。在后轮左右两侧伸出轮缘20 cm处安装磁性传感器，用以检测后轮的碾压轨迹。根据磁性传感器与磁铁的位置判定压路机是否在既定的轨迹，判定是否得分。

过单轨项目：选手驾驶压路机通过单轨时，整机前进顺利通过单轨得20分，前轮和后轮有任一处着地不得分。在单轨附近适当位置设置传感器，司机按照操作路线驾驶压路机通过单轨时，根据传感器采集信息判定压路机在单轨上的运行状态，判定是否得分。

倒车入库项目：车库地面上设有停车位置的靶盘，压路机后轮固定有靶针，停车后靶针在靶盘中位置决定得分。库区采用测距传感器完成压路机停车点测定，再通过坐标换算判断靶针在靶盘中位置评分。

2 硬件设计

评分系统主要采用定位技术、微型计算机及显示技术，使用集成芯片的器件进行设计，系统硬件结构如图2所示。

图2 系统硬件结构

系统选用单片机最小系统为控制电路，按照模块化设计，包括显示模块、键盘输入模块以及信息采集模块。由单片机控制各个模块的工作，通过单片机实现各模块之间的通信和协调。通过设置在碾压区、单轨区和库区的传感器采集压路机控制情况，再将数据传送至单片机处理、判断并评分，通过显示屏动态显示。

2.1 单片机主控电路

根据对系统的功能和性能需求分析，选择具有功耗低、速度快、价格便宜等诸多优点的AT89C52单片机[4]。

2.2 传感器模块

针对碾压区、单轨区和库区三不同考核场景，选择不同的传感器，碾压区项目和过单轨项目选用磁感应传感器，库区定点停车项目选用激光测距传感器。

（1）碾压区地面布置60块磁铁，压路机外轮两侧安装M8圆柱形霍尔传感器，用于检测压路机运行轨迹，该传感器灵敏度高、稳定性好、安装方便，采用开关量输出，不需要处理电路，可以直接提供单片机使用[5]。

（2）单轨区地面两侧布置磁性强度适宜的长条形磁铁，压路机前轮和后轮都未跌落单轨时，M8圆柱形霍尔传感器检测不到磁铁信号，不扣分；如果任何一侧跌落，传感器距离磁条距离变小，传感器检测到信息，扣分。

（3）库区采用垂直安装在压路机水平方向（一个安装于压路机前进方向，另一个垂直安装于水平方向）的高精度激光测距模块完成定点停车信息采集，该模块测距精度高，采用模拟量输出。采用外围器件处理，经过整形电路滤波、信号放大数据，将两路数据送至单片机合成计算[6]。

2.3 显示模块

本系统的显示模块采用LCD1602液晶显示方式实现，包括字符型液晶显示屏、驱动电路HD44780，显示信息主要包括当前的考核项目、当前的考试评分和剩余时间。

2.4 键盘输入模块

系统需要设置三个按键，包括考核开始、考核结束和模式开关，可以选择AT89C51单片机的P2.5、P2.6和P2.7三个引脚实现。

3 软件设计

根据自动评分系统的考核过程及要求，系统应实现的软件功能包括传感器信息处理、考核项目自动识别、评分、记分和显示功能。使用Keil软件编写程序，软件由主程序和各个模块的子程序组成。

3.1 数据处理

碾压区：压路机在沿着碾压路径前进过程中，如果选手控制压路机的精度达到要求，霍尔传感器会检测到布置在地面的磁铁，产生一个信号，如果一直达到控制精度，就会检测到60个开关信号，采用加分制。

式中：I1——分值权重；n——磁铁数目，60个；ai——第i个采样值，如果有开关量输入为1，否则为0。

单轨区：当压路机正常跌落单轨时，霍尔传感器检测到一个开关信号，扣分，得0分，否则不扣分，得满分。

式中：b——采样值；a——该项目满分值。

库区定点停车：压路机入库定点停车后，根据两个激光测距传感器数据计算停车点到靶盘中心距离，再进行赋分：

式中：L——停车点到靶盘中心的距离；（x0，y0）——库区靶盘中心坐标位置，根据实际设计尺寸决定；ai——停车点到靶盘中心距离在[Li,Li+1]范围的分值；（xi，yi）——压路机第i次停车位置坐标，由两路激光测距传感器采集；a0——最大分值；an——最小分值；Lmin——最小的靶盘距离；Lmax——最大靶盘距离。

3.2 软件处理流程

评分装置通电启动后，先进行初始化和上电自检，等待考评员通过键盘启动考核，选手按照既定流程完成考核的过程中，评分装置首先完成考核项目的识别，再根据传感器的输入判断得分情况并记分，直到考核项目全部完成，显示模块实时显示得分情况。系统软件流程如图3所示。

图3 软件流程

4 结语

该评分装置以单片机为核心，根据竞赛项目特点选择传感器，从软硬件两个方面对系统进行设计，系统操作简单，可以动态显示评分结果。该装置能够稳定、可靠工作，与裁判员评分结果对比可知，装置评分和记分结果准确性较高。装置可以提高评分工作的效率，保证考核过程的透明度及客观性，具备替代裁判员完成评分和记分工作的条件。