基于ARM的力学数据采集与分析系统

2011-11-15 13:37:30来源: 电子产品世界

岩体力学性质测试是岩体力学性质测试技术中重要的一个环节,其目地主要是为岩体变 形和稳定分析计算提供必要的物理力学参数 [1] 。本文通过设计一种基于ARM 的力学性质测试 系统,对岩块力学性质测试的试验数据进行自动化的测试、采集和分析,来准确预测岩体在 各种应力场作用下的变形与稳定性,进而为合理的工程设计提供岩体力学依据。

  1 系统组成

  系统是基于 S3C44B0X 处理器的嵌入式平台,采用了μC/OS-II 作为操作系统。一方面系 统的设计必须满足岩体力学性质测试的要求,一方面在嵌入式系统有限的资源上实现更多的 功能。主要由数据采集,数据存储,数据传输等几部分组成,通过与岩体力学试验仪器配合, 实时采集数据,并显示数据,还可将试验数据传输到上位机,进行进一步分析存储。系统的 基本结构组成如图1 所示:

 

 


  首先由力学试验仪器测试岩体试件的力学性质,数据由仪器上的传感器得到,然后由嵌 入式的数据采集系统采集数据,通过LCD 显示数据。同时为了在试验中有效的保存数据, 扩展了系统的存储单元。系统可以使用以太网或CAN 总线与远端上位机通信,也可以通过 串口与上位机相连接,由数据处理分析系统对数据进行处理及画图,得到的实验数据可以存 储、分析、打印。

  2 系统应用软件设计

  系统的各个模块,分别完成不同的功能,以 μC/OS-II 操作系统为基础,通过任务调度, 实现数据采集、显示、存储和网络传输各部分。总的设计原则是系统模块化设计,各功能模 块之间相互独立,接口尽量简单,实现各个模块的高内聚、低耦合,以便于系统的维护和进 一步扩展。

  系统应用程序主要使用 C 语言及汇编语言编写,完成功能有:(1)通过一个I/O 端口发 送试验启动信号;(2)通过系统自带的ADC 对多路试验参量进行实时数据的采集与转换; (3)通过LCD 显示界面,使用折线图动态显示参数曲线;(4)需要输入数据时,让处理器 扫描键盘输出输入端口获得输入值,因此可以实时监控试验进行过程,并进行相应的控制; (5)S3C44B0X 可以脱离上位机独立进行试验,也可以通过以太网或CAN 总线与上位机通 信,把试验数据传输到上位机。程序具体实现是在操作系统中建立多个不同优先级的任务, 然后通过消息队列和全局变量进行同步 [5] [6] 。主要程序流程图如下:

 

 

 

  上位机程序主要是基于 Delphi 语言编写,上位机与试验系统相连接,控制试验仪器,获取试验数据,显示试验数据曲线,还可通过数据库技术方便地查询每组试验数据,通过PC 机显示界面对试验数据结果文件进行对比。

 

 

3 系统测试

  为了调试开发的实时数据采集分析系统的性能,连接岩体力学试验仪器上进行了多次单轴压缩、单轴拉伸、三轴压缩、直接剪切等试验。通过对三个压力传感器和两个位移传感器的相应模拟信号进行采集,记录整个试件在试验过程中的压力、位移和变形等参量。

  实例(三轴试验( 力 -- 行程 )):

 

 

 

 

  3)通过网络向上位机传输数据并显示

  试验数据是在试验过程中存储到嵌入式系统中,同时可以传输到上位机。上级机可以利用存储空间较大的优势,存储试验历史数据,并可以随时显示历史数据。

  上位机接收网络数据如图 4 所示。

 

 

 

  4 结束语

  该测试系统可以使岩体力学试验从得出测量数据,画出力学性质曲线,打印报表,到实 验数据的比较、分析、存储的一系列过程自动化、智能化,使得岩体力学试验测试和计算分 析系统能够小型化,智能化,高效率的实现试验中数据采集和分析的问题。并且具有低耦合、 高内聚、可扩展、可移植、稳定性好、体积小和成本较低等良好特点。

  本文作者创新点:(1)实现了一种实用的实时数据采集及分析系统。(2)移植了实时嵌入式 操作系统μC/OSII 到ARM7 平台。(3)移植了TCP/IP 协议栈。

关键字:ARM

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/1115/article_8825.html
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