本發(fā)明屬于土壤力學參數(shù)檢測技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及土壤測量試驗裝置用測量控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
在土壤力學參數(shù)檢測技術(shù)領(lǐng)域,土壤內(nèi)聚力模量和土壤摩擦模量是兩個重要的土壤特性參數(shù)。進行壓力—沉陷試驗,依據(jù)半經(jīng)驗理論的土壤力學公式可以求得這兩個參數(shù);圓錐指數(shù)是表示土壤強度的參數(shù),基于試驗數(shù)據(jù)得到土壤圓錐指數(shù)與這兩個參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型,也可以計算出這兩個參數(shù)。
為保證試驗的可比性和可行性,最大限度保證試驗條件的一致性,宜在一臺裝置上完成圓錐指數(shù)測量和壓力—沉陷試驗,要求土壤測量試驗裝置用的測量控制系統(tǒng)實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)測量和試驗過程控制。同時由于測量與試驗的需要,土壤測量試驗裝置包括便攜式、車載式和實驗室對比用三類裝置?,F(xiàn)有類似的裝置與設(shè)備,便攜式的一般采用嵌入式測量控制系統(tǒng)完成測量控制工作,車載式的和實驗室的試驗系統(tǒng)則多采用筆記本電腦、臺式機或工控機+采集卡的方式實現(xiàn)測量控制功能,而且圓錐指數(shù)測量和壓力—沉陷試驗是由不同裝置分別完成的。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
(一)要解決的技術(shù)問題
針對現(xiàn)有土壤測量試驗裝置用測量控制系統(tǒng)不能利用同一系統(tǒng)進行土壤圓錐指數(shù)測量和壓力—沉陷試驗,而且不能滿足便攜式、車載式、實驗室對比試驗三類不同土壤測量試驗裝置的問題,為液壓驅(qū)動的土壤測量試驗裝置提供一套測量控制系統(tǒng),用于野外現(xiàn)場和實驗室進行土壤力學參數(shù)測量試驗的測量數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲和試驗過程控制。
(二)技術(shù)方案
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明提供了一種土壤測量試驗裝置用測量控制系統(tǒng),包括元器件和殼體,所述殼體用于支撐、安裝和容納元器件,所述元器件包括主控cpu1、液晶顯示模塊2、電源模塊3、按鍵輸入模塊4、sd卡數(shù)據(jù)保存模塊5、前端調(diào)理模塊6、工作狀態(tài)指示燈8、電源正常指示燈9和連接器7,
所述主控cpu1用于計算,負責實時計算當前的位移和壓力,通過位移和壓力,按照相應(yīng)的函數(shù)計算出來當前的ci值;存儲,將位移、壓力以及與之對應(yīng)的時間存儲在sd卡上的文件中;自檢,當檢測到故障時,在屏幕上及指示燈上給出響應(yīng)的警示;人機交互,響應(yīng)按鍵輸入,作出相應(yīng)的處理;
所述液晶顯示模塊2與主控cpu1相連,負責顯示當前的位移、壓力和時間,在連續(xù)測試模式下,液晶顯示模塊還顯示位移-壓力曲線;
所述電源模塊3與蓄電池相連,將24伏電源轉(zhuǎn)換成為5伏和12伏電源,為所述主控cpu1、液晶顯示模塊2和前端調(diào)理模塊6供電;
所述按鍵輸入模塊4為獨立式按鍵,與主控cpu1相連,當按鍵按下時給主控cpu1響應(yīng)的引腳一個中斷觸發(fā),主控cpu1在得到該中斷觸發(fā)后作出響應(yīng);
所述sd卡數(shù)據(jù)保存模塊5采用sdio模式工作,用于將主控cpu1采集到的數(shù)據(jù)保存到sd卡上;
所述前端調(diào)理模塊6用于將壓力和位移傳感器的信號進行放大、隔離、濾波,再接入主控cpu1的adc引腳,進行模數(shù)轉(zhuǎn)換;
所述連接器7用于連接位移和壓力傳感器,為傳感器提供電源供電,將傳感器輸出信號接入前端調(diào)理模塊6。
優(yōu)選地,所述主控cpu1為核心處理器,采用stm32f103型處理器,
優(yōu)選地,所述液晶顯示模塊2分兩個區(qū)域顯示,上面較大部分區(qū)域為曲線顯示區(qū),用于顯示連續(xù)測試狀態(tài)的位移-壓力曲線;下面為文字信息顯示區(qū),用于顯示當前各項參數(shù)。
優(yōu)選地,所述殼體面板最下方開一小孔,對應(yīng)復位按鍵,使用比孔徑略小的針狀物體可以通過此孔按下復位鍵,以使系統(tǒng)復位。
優(yōu)選地,所述sd卡數(shù)據(jù)保存模塊可實現(xiàn)sd卡的格式化、配置fatfs文件系統(tǒng)以及在卡上保存txt或者dat類型的數(shù)據(jù)文件。
優(yōu)選地,所述系統(tǒng)通過背面的安裝孔14安裝。
(三)有益效果
1.系統(tǒng)集成了兩種試驗所需的測量數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲和試驗過程控制功能,既能用于土壤圓錐指數(shù)測量,也能夠完成壓力—沉陷試驗。
2.系統(tǒng)內(nèi)置了多種測量頭型號供選擇,結(jié)合速度、壓力等參數(shù)實時檢測,可適用于便攜式、車載式和實驗室對比試驗三種不同土壤測量試驗,從而實現(xiàn)以前多種設(shè)備才能完成的工作,改進成一種設(shè)備完成。
3.土壤測量試驗裝置用測量控制系統(tǒng),采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計,體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、速度控制容易。
4.基本的計算、試驗結(jié)果有效性判斷可實時顯示,簡化野外現(xiàn)場試驗的操作程序和軟件運算。
5.數(shù)據(jù)同步保存在sd卡上,便于試驗結(jié)束后在進行更深入地計算和分析。
附圖說明
圖1為本申請內(nèi)部主要元器件構(gòu)成示意圖;圖1中,1.主控cpu,2.液晶顯示模塊,3.電源模塊,4.按鍵輸入模塊,5.sd卡數(shù)據(jù)保存模塊,6.前端調(diào)理模塊,7.連接器,8.工作指示燈9.電源指示燈。
圖2為本申請面板布局示意圖;圖2中,2.液晶顯示模塊,4.按鍵輸入模塊,8.工作指示燈9.電源指示燈,10.復位按鍵。
圖3為本申請側(cè)面布局示意圖;圖3中,11.sd卡插槽,12.電源開關(guān),13.蓄電池24伏電源插孔。
圖4為本申請測量控制系統(tǒng)的背面布局示意圖;圖4中,7.連接器,14.安裝孔。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應(yīng)當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
應(yīng)當說明的是,本申請中所述的“連接”和用于表達“連接”的詞語,如“相連接”、“相連”等,既包括某一部件與另一部件直接連接,也包括某一部件通過其他部件與另一部件相連接。
需要說明的是,在不沖突的情況下,本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
如圖1所示,本申請土壤測量試驗裝置用測量控制系統(tǒng)的內(nèi)部主要元器件包括主控cpu(1)、液晶顯示模塊(2)、電源模塊(3)、按鍵輸入模塊(4)、sd卡數(shù)據(jù)保存模塊(5)、前端調(diào)理模塊(6)、工作狀態(tài)指示燈(8)、電源正常指示燈(9)和連接器(7)。
主控cpu(1)為核心處理器,采用stm32f103型處理器,該處理器是一款32位arm微控制器,具有最高72mhz工作頻率,內(nèi)置有2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,1us轉(zhuǎn)換時間(多達16個輸入通道),其功能主要有:計算,負責實時計算當前的位移和壓力,通過位移和壓力,按照相應(yīng)的函數(shù)計算出來當前的ci值;存儲,將位移、壓力以及與之對應(yīng)的時間存儲在sd卡上的文件中;自檢,當檢測到故障時,在屏幕上及指示燈上給出響應(yīng)的警示;人機交互,響應(yīng)按鍵輸入,作出相應(yīng)的處理。
液晶顯示模塊(2)與主控cpu(1)相連,負責顯示當前的位移、壓力和時間,在連續(xù)測試模式下,液晶顯示模塊還顯示位移-壓力曲線。分兩個區(qū)域顯示,上面較大部分區(qū)域為曲線顯示區(qū),用于顯示連續(xù)測試狀態(tài)的位移-壓力曲線;下面為文字信息顯示區(qū),用于顯示當前各項參數(shù)。
電源模塊(3)與蓄電池相連,將24伏電源轉(zhuǎn)換成為5伏和12伏電源,為主控cpu(1)、液晶顯示模塊(2)和前端調(diào)理模塊(6)供電。
按鍵輸入模塊(4)為獨立式按鍵,與主控cpu(1)相連,當按鍵按下時給主控cpu(1)響應(yīng)的引腳一個中斷觸發(fā),主控cpu(1)在得到該中斷觸發(fā)后作出響應(yīng)。
sd卡數(shù)據(jù)保存模塊(5)采用sdio模式工作,用于將主控cpu(1)采集到的數(shù)據(jù)保存到sd卡上,在停止按鈕按下之后,sd卡可以拔出。數(shù)據(jù)保存下來方便后續(xù)處理。sd卡數(shù)據(jù)保存模塊配合控制軟件可實現(xiàn)sd卡的格式化、配置fatfs文件系統(tǒng)以及在卡上保存txt或者dat類型的數(shù)據(jù)文件;
前端調(diào)理模塊(6)用于將壓力和位移傳感器的信號進行放大、隔離、濾波,再接入主控cpu的adc引腳,進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
連接器(7)用于連接位移和壓力傳感器,為傳感器提供電源供電,將傳感器輸出信號接入前端調(diào)理模塊(6)。
為更好地描述試驗過程,測量控制系統(tǒng)安裝位置位于測量試驗裝置方便人員操作和觀看的位置。
如圖2所示,殼體面板頂端為電源指示燈(8)和工作指示燈(9)。電源指示燈為紅色,儀器開機之后指示燈亮。工作指示燈為綠色。開機之后常亮,當自檢不通過時,指示燈快速閃爍,
本系統(tǒng)的軟件燒錄在主控cpu中,負責整個硬件部分的控制和對各個傳感器參數(shù)的運算以及人機交互。下面介紹對各種用戶操作的響應(yīng)。軟件具有自檢、參數(shù)設(shè)置、試測和測試幾種功能。
試驗過程:將擬使用的測量桿(17)、測量頭(18)安裝在液壓缸下端的聯(lián)接座上,將壓力傳感器連接到測量控制系統(tǒng)的相應(yīng)端口。開機之后進入系統(tǒng)自檢界面。測量控制系統(tǒng)對各模塊工作情況進行自檢,自檢成功之后,在屏幕上顯示“自檢成功”。如果自檢不成功,則需要排除故障后重啟系統(tǒng),自檢成功則直接跳轉(zhuǎn)到參數(shù)設(shè)置界面。
當自檢通過后,自動進入?yún)?shù)設(shè)置界面,有兩個選項,壓板試驗(壓板—沉陷試驗的簡稱)和圓錐試驗(圓錐指數(shù)測量的簡稱),當選中某一個試驗類型后點擊確認按鈕即可進入該試驗的進一步設(shè)置界面。
進一步設(shè)置界面中有兩個參數(shù),分別是設(shè)定速度(初始顯示為默認的30mm/s,可通過增加/減少按鈕進行調(diào)整)和探測頭編號(某編號探測頭的形狀、尺寸數(shù)據(jù)等都已內(nèi)置在數(shù)據(jù)庫中)。
例如,1號測量頭用于壓板—沉陷試驗,壓板形狀為矩形,壓板尺寸50mm×300mm、測量桿外徑86mm;8號測量頭用于圓錐指數(shù)測量,圓錐頭頂角30°、圓錐底面直徑12.83mm、測量桿外徑9.53mm。這些數(shù)據(jù)都來自國際標準,不用手工輸入。
首先進行1次試測。按下開始鍵(設(shè)定測試時間8s),啟動液壓動力單元,操作液壓缸向下運動帶動測量桿和測量頭進入土壤中,4s后停止,然后根據(jù)提示操作液壓缸向上運動,直到回到原位。如果試測過程中裝置、測量數(shù)據(jù)均無異常,可立即進行正式測量。如果試測中運行速度與設(shè)定速度不一致,則通過液壓系統(tǒng)調(diào)整裝置校準速度。
正式測量和實測所需的操作是相同的。完成1次試驗,關(guān)閉液壓動力單元。試驗中的壓力、位移、時間等數(shù)據(jù)實時保存在sd卡上。
試驗過程的顯示界面顯示的內(nèi)容有:試驗類型(壓板試驗/圓錐試驗)、沉陷量(即位移)、壓強、試驗數(shù)據(jù)初步處理結(jié)果;同時有動態(tài)曲線顯示區(qū)域(曲線橫坐標是位移、縱坐標是壓力,且能夠疊加顯示頂端和底端兩個壓力傳感器數(shù)據(jù))。
按下“停止”按鈕之后,試驗參數(shù)和試驗數(shù)據(jù)就保存到sd卡上,此時切斷電源即可拔出sd卡,方便在電腦上對這些數(shù)據(jù)進行后續(xù)的分析。
測量控制系統(tǒng)支持“土壤圓錐指數(shù)測量”和“壓力—沉陷試驗”兩種試驗,通過參數(shù)設(shè)置功能對試驗類型和測量頭進行設(shè)置即可很方便地進行切換;
控制器可以通過背面的安裝孔安裝,便攜式、車載式和實驗室對比試驗土壤測量試驗裝置通用;
本系統(tǒng)可以選擇土壤測量試驗裝置測量頭型號并據(jù)此進行初步計算,用于測量數(shù)據(jù)的有效性判斷;
本系統(tǒng)可以實現(xiàn)試驗速度的設(shè)定和校準,通過主控cpu高精度定時器和測量控制系統(tǒng)外接的高精度位移傳感器,達到對測量頭運行速度的精確測量,與液壓系統(tǒng)配合,可以實現(xiàn)精確的校準。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當指出的是,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。