本發(fā)明屬于土壤力學(xué)參數(shù)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置用測(cè)量控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在土壤力學(xué)參數(shù)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，土壤內(nèi)聚力模量和土壤摩擦模量是兩個(gè)重要的土壤特性參數(shù)。進(jìn)行壓力—沉陷試驗(yàn)，依據(jù)半經(jīng)驗(yàn)理論的土壤力學(xué)公式可以求得這兩個(gè)參數(shù)；圓錐指數(shù)是表示土壤強(qiáng)度的參數(shù)，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到土壤圓錐指數(shù)與這兩個(gè)參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型，也可以計(jì)算出這兩個(gè)參數(shù)。

為保證試驗(yàn)的可比性和可行性，最大限度保證試驗(yàn)條件的一致性，宜在一臺(tái)裝置上完成圓錐指數(shù)測(cè)量和壓力—沉陷試驗(yàn)，要求土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置用的測(cè)量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)測(cè)量和試驗(yàn)過程控制。同時(shí)由于測(cè)量與試驗(yàn)的需要，土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置包括便攜式、車載式和實(shí)驗(yàn)室對(duì)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(cè)量控制系統(tǒng)完成測(cè)量控制工作，車載式的和實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)系統(tǒng)則多采用筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)或工控機(jī)+采集卡的方式實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制功能，而且圓錐指數(shù)測(cè)量和壓力—沉陷試驗(yàn)是由不同裝置分別完成的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

針對(duì)現(xiàn)有土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置用測(cè)量控制系統(tǒng)不能利用同一系統(tǒng)進(jìn)行土壤圓錐指數(shù)測(cè)量和壓力—沉陷試驗(yàn)，而且不能滿足便攜式、車載式、實(shí)驗(yàn)室對(duì)比試驗(yàn)三類不同土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置的問題，為液壓驅(qū)動(dòng)的土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置提供一套測(cè)量控制系統(tǒng)，用于野外現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)和試驗(yàn)過程控制。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置用測(cè)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(jì)算，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的位移和壓力，通過位移和壓力，按照相應(yīng)的函數(shù)計(jì)算出來當(dāng)前的ci值；存儲(chǔ)，將位移、壓力以及與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間存儲(chǔ)在sd卡上的文件中；自檢，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，在屏幕上及指示燈上給出響應(yīng)的警示；人機(jī)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(fù)責(zé)顯示當(dāng)前的位移、壓力和時(shí)間，在連續(xù)測(cè)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(dú)立式按鍵，與主控cpu1相連，當(dāng)按鍵按下時(shí)給主控cpu1響應(yīng)的引腳一個(gè)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(hào)進(jìn)行放大、隔離、濾波，再接入主控cpu1的adc引腳，進(jìn)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(hào)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(gè)區(qū)域顯示，上面較大部分區(qū)域?yàn)榍€顯示區(qū)，用于顯示連續(xù)測(cè)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(dāng)前各項(xiàng)參數(shù)。

優(yōu)選地，所述殼體面板最下方開一小孔，對(duì)應(yīng)復(fù)位按鍵，使用比孔徑略小的針狀物體可以通過此孔按下復(fù)位鍵，以使系統(tǒng)復(fù)位。

優(yōu)選地，所述sd卡數(shù)據(jù)保存模塊可實(shí)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(yàn)所需的測(cè)量數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)和試驗(yàn)過程控制功能，既能用于土壤圓錐指數(shù)測(cè)量，也能夠完成壓力—沉陷試驗(yàn)。

2.系統(tǒng)內(nèi)置了多種測(cè)量頭型號(hào)供選擇，結(jié)合速度、壓力等參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)，可適用于便攜式、車載式和實(shí)驗(yàn)室對(duì)比試驗(yàn)三種不同土壤測(cè)量試驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)以前多種設(shè)備才能完成的工作，改進(jìn)成一種設(shè)備完成。

3.土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置用測(cè)量控制系統(tǒng)，采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，體積小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、速度控制容易。

4.基本的計(jì)算、試驗(yàn)結(jié)果有效性判斷可實(shí)時(shí)顯示，簡(jiǎn)化野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的操作程序和軟件運(yùn)算。

5.數(shù)據(jù)同步保存在sd卡上，便于試驗(yàn)結(jié)束后在進(jìn)行更深入地計(jì)算和分析。

附圖說明

圖1為本申請(qǐng)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(qǐng)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(fù)位按鍵。

圖3為本申請(qǐng)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(qǐng)測(cè)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(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(dāng)說明的是，本申請(qǐng)中所述的“連接”和用于表達(dá)“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(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

如圖1所示，本申請(qǐng)土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置用測(cè)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(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時(shí)間(多達(dá)16個(gè)輸入通道)，其功能主要有：計(jì)算，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的位移和壓力，通過位移和壓力，按照相應(yīng)的函數(shù)計(jì)算出來當(dāng)前的ci值；存儲(chǔ)，將位移、壓力以及與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間存儲(chǔ)在sd卡上的文件中；自檢，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，在屏幕上及指示燈上給出響應(yīng)的警示；人機(jī)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(fù)責(zé)顯示當(dāng)前的位移、壓力和時(shí)間，在連續(xù)測(cè)試模式下，液晶顯示模塊還顯示位移-壓力曲線。分兩個(gè)區(qū)域顯示，上面較大部分區(qū)域?yàn)榍€顯示區(qū)，用于顯示連續(xù)測(cè)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(dāng)前各項(xiàng)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(dú)立式按鍵，與主控cpu(1)相連，當(dāng)按鍵按下時(shí)給主控cpu(1)響應(yīng)的引腳一個(gè)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(shí)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(hào)進(jìn)行放大、隔離、濾波，再接入主控cpu的adc引腳，進(jìn)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(hào)接入前端調(diào)理模塊(6)。

為更好地描述試驗(yàn)過程，測(cè)量控制系統(tǒng)安裝位置位于測(cè)量試驗(yàn)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(jī)之后指示燈亮。工作指示燈為綠色。開機(jī)之后常亮，當(dāng)自檢不通過時(shí)，指示燈快速閃爍，

本系統(tǒng)的軟件燒錄在主控cpu中，負(fù)責(zé)整個(gè)硬件部分的控制和對(duì)各個(gè)傳感器參數(shù)的運(yùn)算以及人機(jī)交互。下面介紹對(duì)各種用戶操作的響應(yīng)。軟件具有自檢、參數(shù)設(shè)置、試測(cè)和測(cè)試幾種功能。

試驗(yàn)過程：將擬使用的測(cè)量桿(17)、測(cè)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(cè)量控制系統(tǒng)的相應(yīng)端口。開機(jī)之后進(jìn)入系統(tǒng)自檢界面。測(cè)量控制系統(tǒng)對(duì)各模塊工作情況進(jìn)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(dāng)自檢通過后，自動(dòng)進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，有兩個(gè)選項(xiàng)，壓板試驗(yàn)(壓板—沉陷試驗(yàn)的簡(jiǎn)稱)和圓錐試驗(yàn)(圓錐指數(shù)測(cè)量的簡(jiǎn)稱)，當(dāng)選中某一個(gè)試驗(yàn)類型后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕即可進(jìn)入該試驗(yàn)的進(jìn)一步設(shè)置界面。

進(jìn)一步設(shè)置界面中有兩個(gè)參數(shù)，分別是設(shè)定速度(初始顯示為默認(rèn)的30mm/s，可通過增加/減少按鈕進(jìn)行調(diào)整)和探測(cè)頭編號(hào)(某編號(hào)探測(cè)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(hào)測(cè)量頭用于壓板—沉陷試驗(yàn)，壓板形狀為矩形，壓板尺寸50mm×300mm、測(cè)量桿外徑86mm；8號(hào)測(cè)量頭用于圓錐指數(shù)測(cè)量，圓錐頭頂角30°、圓錐底面直徑12.83mm、測(cè)量桿外徑9.53mm。這些數(shù)據(jù)都來自國際標(biāo)準(zhǔn)，不用手工輸入。

首先進(jìn)行1次試測(cè)。按下開始鍵(設(shè)定測(cè)試時(shí)間8s)，啟動(dòng)液壓動(dòng)力單元，操作液壓缸向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)測(cè)量桿和測(cè)量頭進(jìn)入土壤中，4s后停止，然后根據(jù)提示操作液壓缸向上運(yùn)動(dòng)，直到回到原位。如果試測(cè)過程中裝置、測(cè)量數(shù)據(jù)均無異常，可立即進(jìn)行正式測(cè)量。如果試測(cè)中運(yùn)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(zhǔn)速度。

正式測(cè)量和實(shí)測(cè)所需的操作是相同的。完成1次試驗(yàn)，關(guān)閉液壓動(dòng)力單元。試驗(yàn)中的壓力、位移、時(shí)間等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存在sd卡上。

試驗(yàn)過程的顯示界面顯示的內(nèi)容有：試驗(yàn)類型(壓板試驗(yàn)/圓錐試驗(yàn))、沉陷量(即位移)、壓強(qiáng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)初步處理結(jié)果；同時(shí)有動(dòng)態(tài)曲線顯示區(qū)域(曲線橫坐標(biāo)是位移、縱坐標(biāo)是壓力，且能夠疊加顯示頂端和底端兩個(gè)壓力傳感器數(shù)據(jù))。

按下“停止”按鈕之后，試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)就保存到sd卡上，此時(shí)切斷電源即可拔出sd卡，方便在電腦上對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的分析。

測(cè)量控制系統(tǒng)支持“土壤圓錐指數(shù)測(cè)量”和“壓力—沉陷試驗(yàn)”兩種試驗(yàn)，通過參數(shù)設(shè)置功能對(duì)試驗(yàn)類型和測(cè)量頭進(jìn)行設(shè)置即可很方便地進(jìn)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(shí)驗(yàn)室對(duì)比試驗(yàn)土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置通用；

本系統(tǒng)可以選擇土壤測(cè)量試驗(yàn)裝置測(cè)量頭型號(hào)并據(jù)此進(jìn)行初步計(jì)算，用于測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性判斷；

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)速度的設(shè)定和校準(zhǔn)，通過主控cpu高精度定時(shí)器和測(cè)量控制系統(tǒng)外接的高精度位移傳感器，達(dá)到對(duì)測(cè)量頭運(yùn)行速度的精確測(cè)量，與液壓系統(tǒng)配合，可以實(shí)現(xiàn)精確的校準(zhǔn)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)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(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。