引言
我国有大面积的沼泽、滩涂、湿地和水田等松软地面，这些地域是我国发展农业和开发石油的宝地。然而，现有的各种常规地面机械在松软地面行驶或作业时，由于严重的下陷、打滑和粘土而一直存在着通过性差、效率低、能耗大甚至无法行驶和作业的问题。推拉式气垫运载平台作为一种性能良好的气垫车辆，它可以在常规车辆所无法进入的湿软地域行驶，是一种灵活、经济、快捷的适合软湿地域的新型重载运输工具。为了实现推拉式气垫运载平台多工况的自动控制，采用了以MCS-51系列的8031为核心的微机测控系统，本文详细阐述了其单片机测控系统的硬件组成、软件设计和工作原理。
2推拉式气垫运载平台的结构及工作原理
推拉式气垫运载平台无论从结构上还是工作原理上看，都是一种新颖、简单、实用的适合湿软地域的新型重载运输工具。
该气垫运载平台的结构简图，如图1所示。
推拉式气垫运载平台的推拉式行走原理是：整个系统包括两节大小相同的气垫平台，两平台中间用两个可伸缩的液压推拉油缸相联，两气垫平台上各设一个可上下收放的抓地机构，抓地机构由脚伸缩动力油缸控制。两节平台上的风机分别为各自平台提供垫升力，当气垫平台直线向前行走时将后一节气垫平台上的抓地机构插入土壤，而将前一节气垫平台上的抓地机构抬起，同时推拉动力油缸的活塞杆伸出，由于后一节气垫平台的地面阻力加上抓地力足以抵住油缸推动前节气垫平台前进一步的反作用力，这样以落地的抓地机构为基点，推拉动力油缸就可将前节气垫平台向前推出一定的距离，然后将前节气垫平台的抓地机构落下，后节气垫平台的抓地机构抬起，同时推拉动力油缸的活塞杆缩进，推拉动力油缸便可将后节气垫平台向前拉进一定的距离。如此连续动作，便可使两节气垫平台一步一步向前行走。通过前后脚伸缩动力油缸和推拉动力油缸的动作配合，该气垫平台可实现直线前进、直线后退、前进左转向、前进右转向、后退左转向、后退右转向、原地左转向和原地右转向这8种工作状态，并且在转向过程中转弯半径可连续变化。
3．单片机测控系统的设计
3．1测控方案
推拉式气垫运载平台的直线行走和转向行走是通过前后脚伸缩动力油缸和推拉动力油缸的动作配合来实现的，而液压油缸的动作又是通过气垫平台上的3个电磁换向阀和液压回路来实现的，因此对该气垫平台的测控可归结为对4个油缸活塞行程的检测和3个电磁换向阀中的6个电磁铁线圈通、断电的逻辑控制。由于整个检测和控制过程简单，计算量少，因此系统采用了Inter公司的MCS-51系列的8031单片机作为测控系统的核心单元。
本单片机测控系统的直接执行机构为3个交流电磁换向阀，用单片机系统实现对交流电磁换向阀的控制是一个弱电控制强电的问题，因此后向通道配置接口采用了带光电隔离的固态继电器（SSR）来实现与8031单片机控制输出接口，单片机输出开关信号控制固态继电器的通断，再由固态继电器控制交流电磁换向阀的通、断电，最终实现对各个油缸动作的控制。固态继电器的输入控制端与输出端用光电耦合器隔离，抗干扰能力强，所需的控制电压低、电流小，用单片机输出的开关量就可以直接驱动固态继电器，控制固态继电器输出端的通断实现交流电磁阀的通、断电，最终实现对油缸动作的控制以完成气垫平台的各个动作。
3.2测控系统的硬件组成及工作原理
系统以8031单片机为核心，包括由8031单片机和扩展芯片组成的基本系统、扩展I/O接口芯片、油缸行程检测输入通道、继电器控制输出通道等。单片机系统采用内部时钟方式，工作主频为12MHZ，复位电路采用简单的上电自动复位和按钮复位。由于8031无片内ROM，故采用容量为8KB的2764EPROM作为扩展的外部程序存储器，选用8KB容量的6264静态RAM作为数据存储器。由8031单片机构成的最小系统及输出接口电路结构，如图2所示。
下的指示信号，供软件查询或申请中断用。当接通电源后，8031单片机不停地对键盘进行扫描，这时如果操作者按动操作面板上的按键，单片机可通过程序立刻对所按的按键进行判断并作出反应，驱动相应的输出和显示。由于本系统的键盘编码采用的是优先权编码器，因此在任意时刻无论有多少键被按下，编码器都只会输出一个有效的键值，即优先权最高的那个键的键值，从而消除了多键同时闭合的影响。键盘的去抖动用软件延时的方法实现。本单片机测控系统的检测任务是用数字光栅位移传感器检测4个油缸活塞的行程。
前向通道接口由光电位移传感器与8031单片机的P1口的高4位相接来组成。光栅位移传感器发出计数脉冲到8031单片机的P1口，并通过软件计数来计算出四个油缸活塞的行程。
3．3测控系统的软件设计
本单片机测控系统的程序设计采用模块化的设计技术，主要由主程序、键盘处理子程序、直线前进子程序、直线后退子程序、前进左转向子程序、前进右转向子程序、后退左转向子程序、后退右转向子程序、原地左转向子程序、原地右转向子程序和紧急停车中断子程序，软件设计系统软件由MCS－51系列单片机汇编语言实现。整个单片机测控系统将在主程序监控下进行工作，对于不同的操作命令执行相应的功能，进入不同的程序模块或调用相关的子程序。主程序的任务是完成各个子程序或功能模块的分配和协调，其设计极为简单明确，整个系统的主要功能是在各个子程序或功能模块中得以实现的。主程序流程，如图4所示。
在系统的软件设计中，根据本控制系统的需要，充分利
用了8031单片机位控功能强的特点，在程序的转移、分支、状态判定等方面尽量应用了位控指令。例如：程序在初始化或复位后，首先由标志位判定是否已经准备完毕，可以进入特定的功能程序。若标志位为0，则所有的控制键按下均无效，这样设计程序的目的是为防止气垫平台行驶过程中由于操作人员误动作导致控制混乱，保证了只有首先按下READY键，将专用标志位置位，方可进行下一步的操作。
4结束语
所阐述的推拉式气垫运载平台是一种新型的适合在湿
软地域实现重载运输的仿生式气垫车辆，其单片机测控系统的电路原理简单实用，软件系统也比较容易维护和修改。经过在实验室内的计算机模拟和推拉式气垫平台模型的室内土槽实车试验，都达到了预期的效果，证明了该气垫平台及其单片机测控系统系统具有一定的经济性、实用性和稳定性。
参考文献
［1］李华.mcs-51系列单片机实用接口技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社,1993.
［2］何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计、系统配置
与接口技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1990.
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［4］雷金奎.一种高可靠性微机测控系统的设计与实现[J].微计算机信息，1998（2）.
