河南科技大学信息工程学院 河南省洛阳市 邓晓翔 詹骏 金子昂 钟林宏 王宏英 471000
摘要：桩基工程在工业与民用房屋、交通、海港、市政和地下工程中有着大量应用，它的应用能有效防止建筑结构的变化甚至坍塌，有力保证建造结构的长期安全使用。冲孔打桩机是桩基施工中的主要设备，但是，绝大多数冲孔打桩机都是靠人工进行手动操作，需频繁操作离合和刹车操作杆，耗费人力、物力及财力。经调研发现，目前冲孔打桩机应用广泛，市场需求量大。这对打桩机的性能也提出了更高的要求，因此很有必要研制出一种能够使打桩机高效运行的控制设备，对打桩机进行自动化设计与改进，提高施工效率、降低劳动成本。
关键词：冲孔打桩机；高效运行；专家系统；自动控制
引言：我国打桩机种类繁多,基本可以适应各种场合的施工作业。在发展方面,国外桩机机械处在领先地位;我国打桩机发展虽起步较晚,但发展潜力巨大。在国内基建蓬勃发展的东风之下,相关研究应当加快步伐,增强相关技术储备,提高国产打桩机的性能,紧跟国际市场步伐,更好地为城市建设服务。
一、产品概述
经过团队成员潜心研究，通过理论创新、实践创新，克服重重困难，已经开发出了具有国内先进水平的高精度无线远程自动桩机控制器。自动桩机控制器综合电子、物联网、云计算等多项前沿技术研发出智能系统对打桩机进行自动化改进与管理，提高施工效率、降低劳动成本。
新型自动桩机控制器，是以5G技术为载体实现云端中控，用多种传感器数据分析作为技术核心，通过对传统打桩机进行自动化改造与升级，实现远程控制、云端控制、一人多控、自我诊断等多种先进自动控制技术。它以近场蓝牙和无线5G两种连接方式进行远程控制，嵌合大数据实时更新，云端中控可及时跟踪桩机工作，在精度上实现点对点打桩。在安全层面上，本桩机配备了危险应急处理设施，在桩机设备出现问题、打桩环境不宜作业时触发离合刹车控制，安全断电，最大限度的保障了工人的人身安全。且桩机在开机后执行质检环节，以确保每次工作时处于安全状态。
二、产品特色
5G物联组网
原理：凭借5G网络高传输、低延迟的特点，将每台自动桩机控制器和各种传感器的数据实时上传到云端服务器，使多台桩机组成桩机控制网络，云平台远程监管每台桩机的运行数据，工程负责人可以随时随地的通过各种网络设备查看桩机运行状态，实现远程控制、多机共控、一人多控等。
电磁阀传感器
原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。
特点：在零压差或真空、高压时亦能可动作，但功率较大，要求必须水平安装。
功能：调控高度，深度，绳长，压强等可控量；
效果：输出信号大，抗干扰性能好，不需外接电源，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用。
双霍尔传感器
原理：内部集成两个霍尔器件，按一定的角度布置，感应出两个频率，幅度，极性相同的转速信号，随旋转方向的不同，这两个信号有不同的相位差，传感器内的特殊电路检测这个相位差而产生方向逻辑输出。在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，电场力与洛伦兹力产生平衡之后，不再聚集，此时电场使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，依据此系统传输信号以实现精准打点。
优点：寿命长，安装方便，功耗小，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
效果：用于检测打桩锤与地面打桩点之间精准对接，以实现精准打点。
STM32F103单片机
STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。
该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。
芯片集成定时器Timer，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等多种外设功能。
三、应用价值
1.提高工作效率。将桩锤的提升高度、放绳长度、刹车时间调整到最优，而且每次放锤保证不空锤沾锤。此外它能够长时间持续高效工作，避免因人的疲惫或分心而导致的坏锤错锤，提高工程质量，节省人力物理资源。
2.凭借5G网络高传输、低延迟的特点，将每台自动桩机控制器和各种传感器的数据实时上传到云端服务器，使多台桩机组成桩机控制网络，云平台远程监管每台桩机的运行数据，工程负责人可以随时随地通过各种网络设备查看桩机运行状态，实现远程控制、多机共控、一人多控等。
3.减少事故的发生。传统打桩机由于人工操作失误、易出现将钢丝绳打断、甚至将吊臂打折的情况，极易出现事故导致人员伤亡，而自动控制桩机从两个方面避免了这个问题：一是桩机通过芯片精准计算出的提锤高度、放线长度以及刹车时间，二是现场并不需要有人来控制桩机运行，只需在总控或云控制中监控即可；当因长期使用或恶劣环境腐蚀而出现异常情況时，它可以进行紧急断电、快速收锤、阀门锁死和发出警告等操作，避免出现更严重的后果。
4.提高桩基质量。在一些复杂地质环境下，人工无法精准控制桩锤的运行状态，很容易造成桩孔偏斜。为了避免这一情况，通过数据收集及归纳总结，团队研制出了一套专家系统，可精确控制桩机余绳长度，通过桩锤中的加速度传感器收集数据，实现各类岩层不同力度打击，避免桩孔偏斜现象。
四、参考文献
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