基于ARM的力学数据采集与分析系统-基础电子

精品文档-下载后可编辑基于ARM的力学数据采集与分析系统-基础电子摘要：通过设计一种基于ARM的测试系统，对岩体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。

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。

参考文献:

[1]