本發(fā)明涉及道路工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為道路工程鋪面層間穩(wěn)定測試用雙向精控動態(tài)力學(xué)加載系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在道路工程領(lǐng)域，材料是構(gòu)成路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。材料的力學(xué)參數(shù)的確定是路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析與設(shè)計中所必需的，在進行力學(xué)試驗時，材料的變形測試不僅與測試荷載的大小有關(guān)，而且隨加載速度、加載方式和測試環(huán)境的變化，材料表現(xiàn)出不同的特性，研究表明，基于力學(xué)分析的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計離不開材料參數(shù)，最理想的目標(biāo)是材料參數(shù)與力學(xué)分析理論的結(jié)合能夠計算出與路面實際受力狀態(tài)相同或足夠相近的力學(xué)響應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供道路工程鋪面層間穩(wěn)定測試用雙向精控動態(tài)力學(xué)加載系統(tǒng)，具備操作及運行性能穩(wěn)定、可靠性高的精控動態(tài)力學(xué)測試系統(tǒng)，為路面材料數(shù)的精確測量、層間穩(wěn)定數(shù)據(jù)的獲取提供有力硬件支持，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：道路工程鋪面層間穩(wěn)定測試用雙向精控動態(tài)力學(xué)加載系統(tǒng)，包括主控單片機、AD采集系統(tǒng)、位移采集系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、觸屏終端和電腦客戶端，主控單片機通過主從式通訊串口分別與AD采集系統(tǒng)、位移采集系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、觸屏終端、電腦客戶端電性連接；AD采集系統(tǒng)由AD采集子單片機、AD轉(zhuǎn)換板和兩個拉力傳感器組成，兩個拉力傳感器的接線端子與AD轉(zhuǎn)換板的輸入端電性連接，AD轉(zhuǎn)換板的輸出端與AD采集子單片機的引腳端電性連接；位移采集系統(tǒng)由位移采集子單片機和位移傳感器組成，位移傳感器的接線端子與位移采集子單片機的接線端子電性連接；電機控制系統(tǒng)由電機驅(qū)動子單片機、電機驅(qū)動板和兩個減速電機組成，兩個減速電機分別與電機驅(qū)動板的輸出端電性連接，電機驅(qū)動板的輸入端與電機驅(qū)動子單片機的輸出端電性連接；主控單片機的引腳端還與單片機系統(tǒng)軟件的通訊接口相連接，單片機系統(tǒng)軟件采用C語言編寫程序，其主程序由標(biāo)定流程和正常顯示流程組成，具體設(shè)計思想如下：

S1：標(biāo)定流程分為用戶登錄流程、標(biāo)定點設(shè)定流程、電機控制流程、AD設(shè)定流程和參數(shù)存儲流程，其具體分為以下步驟：

S1.1：用戶通過登錄流程輸入用戶名和密碼進入標(biāo)定主程序；

S1.2：設(shè)定標(biāo)定點個數(shù)和每個標(biāo)定點的物理值及AD值，并控制電機上下左右移動；

S1.3：通過參數(shù)存儲流程將所有數(shù)據(jù)信息存儲至EEPROM；

S2：正常顯示流程包括初始參數(shù)讀取流程、AD采集流程、位置數(shù)據(jù)采集流程、數(shù)據(jù)運算流程、電機驅(qū)動流程和觸摸屏顯示流程，其具體分為以下步驟：

S2.1：主控單片機先讀取內(nèi)部EEPROM的存儲數(shù)據(jù)，并通過串口輪詢各子板的采集值；

S2.2：采集實時的AD值、距離值等實時數(shù)據(jù)；

S2.3：對實時數(shù)據(jù)刷新緩存，經(jīng)數(shù)據(jù)運算流程運算后，將最終顯示值送往觸摸屏顯示流程；

S2.4：根據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)控制電機工作與否。

優(yōu)選的，主控單片機還通過主從式通訊串口電性連接有四個限位開關(guān)，限位開關(guān)用于實時保護位移傳感器的工作位置。

優(yōu)選的，AD采集子單片機采用24位ADS1256高精度AD轉(zhuǎn)換芯片，并配合兩個拉力傳感器用于單板的高精度AD采集。

優(yōu)選的，位移采集系統(tǒng)以分辨率為1um的光柵尺為核心部件，用于1um的高精度位置測量。

優(yōu)選的，觸屏終端采用MCGS編程語言編寫，其內(nèi)部集成有MCGS嵌入式觸摸系統(tǒng)。

優(yōu)選的，針對S2中的AD采集流程分為ADS1256初始化流程、A/D轉(zhuǎn)換流程、A/D數(shù)據(jù)更新流程和串口數(shù)據(jù)掃描流程，主要用于采集拉力傳感器的彈性形變量，并把該量數(shù)值化。

優(yōu)選的，針對S2中的位置數(shù)據(jù)采集流程分為PCA初始化流程、脈沖采集流程、脈沖數(shù)據(jù)更新流程和串口數(shù)據(jù)掃描流程，主要用于采集位移傳感器的脈沖數(shù)。

優(yōu)選的，針對S2中的觸摸屏顯示流程與單片機系統(tǒng)軟件中的標(biāo)定流程和正常顯示流程相對應(yīng)，用于參數(shù)的初始化輸入，實現(xiàn)人機交互功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本道路工程鋪面層間穩(wěn)定測試用雙向精控動態(tài)力學(xué)加載系統(tǒng)，通過智能控制、電機驅(qū)動、可提供二維（水平、豎直）動態(tài)力學(xué)加載、實時數(shù)據(jù)采集、顯示、處理及存儲的獨立力學(xué)加載系統(tǒng)，其獨立的豎向、橫向二維加載控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了路面材料動態(tài)力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)層間穩(wěn)定性能的高精度測試，對于道路鋪裝技術(shù)的安全性具有重要意義；其對試件雙向精控動態(tài)力學(xué)加載試驗所取得的數(shù)據(jù)及分析對于道路施工單位企業(yè)在其生產(chǎn)研發(fā)過程中改進瀝青、混凝土及添加劑用量及級配上具有重要的指導(dǎo)意義；可以為材料參數(shù)提供更真實可靠動態(tài)性能參數(shù)（荷載、位移），為道路工程的發(fā)展提供更好的基礎(chǔ)服務(wù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖；

圖2為本發(fā)明AD采集系統(tǒng)流程圖；

圖3為本發(fā)明電機控制系統(tǒng)流程圖；

圖4為本發(fā)明位移采集系統(tǒng)流程圖；

圖5為本發(fā)明位單片機系統(tǒng)軟件流程圖；

圖6為本發(fā)明AD采集流程框圖；

圖7為本發(fā)明位置數(shù)據(jù)采集流程框圖；

圖8為本發(fā)明觸摸屏顯示流程框圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行親楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1-8，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：道路工程鋪面層間穩(wěn)定測試用雙向精控動態(tài)力學(xué)加載系統(tǒng)，包括主控單片機、AD采集系統(tǒng)、位移采集系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、觸屏終端和電腦客戶端，主控單片機通過主從式通訊串口分別與AD采集系統(tǒng)、位移采集系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、觸屏終端、電腦客戶端電性連接；主控單片機還通過主從式通訊串口電性連接有四個限位開關(guān)，限位開關(guān)用于實時保護位移傳感器的工作位置，正常工作時能根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)全自動完成壓力實時調(diào)整，拉力線性增大，力值雪崩自動停止工作，數(shù)值自動實時存儲等復(fù)雜的工作；AD采集系統(tǒng)由AD采集子單片機、AD轉(zhuǎn)換板和兩個拉力傳感器組成，兩個拉力傳感器的接線端子與AD轉(zhuǎn)換板的輸入端電性連接，AD轉(zhuǎn)換板的輸出端與AD采集子單片機的引腳端電性連接，AD采集子單片機采用24位ADS1256高精度AD轉(zhuǎn)換芯片，并配合兩個拉力傳感器用于單板的高精度AD采集；位移采集系統(tǒng)由位移采集子單片機和位移傳感器組成，位移傳感器的接線端子與位移采集子單片機的接線端子電性連接，位移采集系統(tǒng)以分辨率為1um的光柵尺為核心部件，用于1um的高精度位置測量；電機控制系統(tǒng)由電機驅(qū)動子單片機、電機驅(qū)動板和兩個減速電機組成，兩個減速電機分別與電機驅(qū)動板的輸出端電性連接，電機驅(qū)動板的輸入端與電機驅(qū)動子單片機的輸出端電性連接；電機驅(qū)動部分能實現(xiàn)1-255級的PWM速度控制，為了提高可視化和可操作性，系統(tǒng)采用MCGS顯示屏作為顯示終端，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)變化并存儲數(shù)據(jù)，也可手動操作完成電機的正反轉(zhuǎn)操作，便于標(biāo)定模式下靈活操作；為了提高系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)集成MCGS嵌入式觸摸系統(tǒng)，能完成包括系統(tǒng)標(biāo)定在內(nèi)的所有脫機操作，真正實現(xiàn)了嵌入式智能化開發(fā)；主控單片機的引腳端還與單片機系統(tǒng)軟件的通訊接口相連接，單片機系統(tǒng)軟件采用C語言編寫程序，其主程序由標(biāo)定流程和正常顯示流程組成，具體設(shè)計思想如下：

S1：標(biāo)定流程分為用戶登錄流程、標(biāo)定點設(shè)定流程、電機控制流程、AD設(shè)定流程和參數(shù)存儲流程，其具體分為以下步驟：

S1.1：用戶通過登錄流程輸入用戶名和密碼進入標(biāo)定主程序；

S1.2：設(shè)定標(biāo)定點個數(shù)和每個標(biāo)定點的物理值及AD值，并控制電機上下左右移動；

S1.3：通過參數(shù)存儲流程將所有數(shù)據(jù)信息存儲至EEPROM；整個設(shè)定界面在觸摸屏終端上完成，通過串口方式與主單片機之間通訊；觸摸屏參數(shù)錄入類似于安卓系統(tǒng)手機操作，可以通過彈出的輸入框直接輸入，操作簡單直觀；標(biāo)點個數(shù)、標(biāo)定點的物理值由用戶直接輸入并暫存在屏幕緩存中，標(biāo)定點的AD值則通過串口訪問主單片機實時更新最新參數(shù)，并暫存入觸摸屏系統(tǒng)緩存；設(shè)定完成后，觸摸屏系統(tǒng)通過串口將緩存中的參數(shù)一一發(fā)送給主單片機，主單片機將數(shù)據(jù)存入EEPROM中以備以后讀取使用。

S2：正常顯示流程包括初始參數(shù)讀取流程、AD采集流程、位置數(shù)據(jù)采集流程、數(shù)據(jù)運算流程、電機驅(qū)動流程和觸摸屏顯示流程，正常顯示流程提供給用戶正常使用該設(shè)備，用于設(shè)定常用參數(shù)數(shù)據(jù)、顯示設(shè)備的實時力值、以及實時位置等數(shù)據(jù)；正常顯示時，主單片機通過實時采集各子單片機AD值，距離值等參數(shù)，根據(jù)讀取的EEPROM中的標(biāo)定數(shù)據(jù)計算出顯示值，并送往觸摸屏顯示，顯示數(shù)據(jù)每0.1秒刷新一次，保證數(shù)據(jù)的實時性，并自動記錄實時數(shù)據(jù)；自動工作時，當(dāng)試塊被拉斷的瞬間，力值雪崩，設(shè)備自動偵測并停止所有工作；其具體分為以下步驟：

S2.1：主控單片機先讀取內(nèi)部EEPROM的存儲數(shù)據(jù)，并通過串口輪詢各子板的采集值；

S2.2：采集實時的AD值、距離值等實時數(shù)據(jù)；

S2.3：對實時數(shù)據(jù)刷新緩存，經(jīng)數(shù)據(jù)運算流程運算后，將最終顯示值送往觸摸屏顯示流程；

S2.4：根據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)控制電機工作與否。

針對S2中的AD采集流程分為ADS1256初始化流程、A/D轉(zhuǎn)換流程、A/D數(shù)據(jù)更新流程和串口數(shù)據(jù)掃描流程，主要用于采集拉力傳感器的彈性形變量，并把該量數(shù)值化；ADS1256初始化流程是ADS1256芯片的程序初始化過程，主要完成芯片A/D轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換頻率、零點漂移等基本參數(shù)的設(shè)置，A/D轉(zhuǎn)換流程是ADS1256的主要流程，用于完成壓力傳感器彈性形變量的數(shù)值化轉(zhuǎn)換，A/D數(shù)據(jù)更新流程用于將轉(zhuǎn)換后的新鮮數(shù)據(jù)刷新緩存，串口數(shù)據(jù)掃描流程實時偵測來自主單片機的查詢信息，并做出應(yīng)答，將新鮮數(shù)據(jù)傳送給主單片機。

針對S2中的位置數(shù)據(jù)采集流程分為PCA初始化流程、脈沖采集流程、脈沖數(shù)據(jù)更新流程和串口數(shù)據(jù)掃描流程，主要用于采集位移傳感器的脈沖數(shù)，PCA初始化流程是單片機內(nèi)部PCA程序功能初始化過程，主要完成PCA捕獲/比較器的寄存器參數(shù)設(shè)置和工作模式設(shè)定，脈沖采集流程通過中斷方式捕捉旋轉(zhuǎn)編碼器的上升沿和下降沿脈沖數(shù)，通過此脈沖數(shù)精確計算出位移數(shù)值，脈沖數(shù)據(jù)更新流程用于將采集的實時新鮮角度數(shù)據(jù)刷新緩存，串口數(shù)據(jù)掃描流程實時偵測來自主單片機的查詢信息，并做出應(yīng)答，將新鮮數(shù)據(jù)傳送給主單片機。

針對S2中的觸摸屏顯示流程與單片機系統(tǒng)軟件中的標(biāo)定流程和正常顯示流程相對應(yīng)，用于參數(shù)的初始化輸入，實現(xiàn)人機交互功能；按照不同功能分為：用戶登錄流程、標(biāo)定點個數(shù)設(shè)定流程、AD設(shè)定流程、參數(shù)發(fā)送流程；這4個流程與主單片機標(biāo)定程序的流程一一對應(yīng)，在標(biāo)定過程中，用戶首先通過登錄流程輸入用戶名和密碼進入標(biāo)定主程序，在觸摸屏端提供人機交互界面，供用戶信息輸入，脈沖數(shù)設(shè)定流程中設(shè)定旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)是在觸摸屏界面通過文本框輸入原始脈沖數(shù)據(jù)，設(shè)定標(biāo)定點個數(shù)和每個標(biāo)定點的物理值也是通過人機交互文本框手工輸入，AD值數(shù)據(jù)則是通過觸摸屏與主單片機通訊實時采集更新的，最后觸摸屏與主單片機通訊，發(fā)送所有數(shù)據(jù)信息到主單片機，主單片機存儲到EEPROM；整個設(shè)定界面在觸摸屏終端上完成，通過串口方式與主單片機之間通訊；在正常流程主要用于接收主單片機發(fā)送過來的數(shù)顯數(shù)據(jù)，實時顯示各傳感器瞬時力值和位置值，顯示流程是設(shè)備最主要的流程，主單片機和觸摸屏絕大部分時間工作在此流程，該流程包括4個子流程，初始參數(shù)讀取流程、數(shù)據(jù)接收流程、數(shù)據(jù)處理流程、數(shù)據(jù)更新流程；正常工作時，主單片機先讀取內(nèi)部EEPROM的存儲數(shù)據(jù)，然后通過串口輪詢各子板的采集值，采集到實時的AD值、位置值等實時數(shù)據(jù)，并用這些新鮮的數(shù)據(jù)刷新數(shù)據(jù)緩存，經(jīng)特定算法運算后，將最終顯示值送往觸摸屏終端顯示；觸摸屏在主單片機工作期間一直循環(huán)查詢主單片機的下發(fā)數(shù)據(jù)，并將新鮮數(shù)據(jù)顯示出來。

綜上所述：本道路工程鋪面層間穩(wěn)定測試用雙向精控動態(tài)力學(xué)加載系統(tǒng)，通過智能控制、電機驅(qū)動、可提供二維（水平、豎直）動態(tài)力學(xué)加載、實時數(shù)據(jù)采集、顯示、處理及存儲的獨立力學(xué)加載系統(tǒng)，其獨立的豎向、橫向二維加載控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了路面材料動態(tài)力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)層間穩(wěn)定性能的高精度測試，對于道路鋪裝技術(shù)的安全性具有重要意義；其對試件雙向精控動態(tài)力學(xué)加載試驗所取得的數(shù)據(jù)及分析對于道路施工單位企業(yè)在其生產(chǎn)研發(fā)過程中改進瀝青、混凝土及添加劑用量及級配上具有重要的指導(dǎo)意義；可以為材料參數(shù)提供更真實可靠動態(tài)性能參數(shù)（荷載、位移），為道路工程的發(fā)展提供更好的基礎(chǔ)服務(wù)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。