基于A(yíng)RM的力學(xué)數據采集與分析系統

巖體力學(xué)性質(zhì)測試是巖體力學(xué)性質(zhì)測試技術(shù)中重要的一個(gè)環(huán)節，其目地主要是為巖體變 形和穩定分析計算提供必要的物理力學(xué)參數 [1] 。本文通過(guò)設計一種基于ARM 的力學(xué)性質(zhì)測試 系統，對巖塊力學(xué)性質(zhì)測試的試驗數據進(jìn)行自動(dòng)化的測試、采集和分析，來(lái)準確預測巖體在 各種應力場(chǎng)作用下的變形與穩定性，進(jìn)而為合理的工程設計提供巖體力學(xué)依據。

　　1 系統組成

　　系統是基于 S3C44B0X 處理器的嵌入式平臺，采用了μC/OS-II 作為操作系統。一方面系 統的設計必須滿(mǎn)足巖體力學(xué)性質(zhì)測試的要求，一方面在嵌入式系統有限的資源上實(shí)現更多的 功能。主要由數據采集，數據存儲，數據傳輸等幾部分組成，通過(guò)與巖體力學(xué)試驗儀器配合， 實(shí)時(shí)采集數據，并顯示數據，還可將試驗數據傳輸到上位機，進(jìn)行進(jìn)一步分析存儲。系統的 基本結構組成如圖1 所示：

　　首先由力學(xué)試驗儀器測試巖體試件的力學(xué)性質(zhì)，數據由儀器上的傳感器得到，然后由嵌 入式的數據采集系統采集數據，通過(guò)LCD 顯示數據。同時(shí)為了在試驗中有效的保存數據， 擴展了系統的存儲單元。系統可以使用以太網(wǎng)或CAN 總線(xiàn)與遠端上位機通信，也可以通過(guò) 串口與上位機相連接，由數據處理分析系統對數據進(jìn)行處理及畫(huà)圖，得到的實(shí)驗數據可以存 儲、分析、打印。

　　2 系統應用軟件設計

　　系統的各個(gè)模塊，分別完成不同的功能，以 μC/OS-II 操作系統為基礎，通過(guò)任務(wù)調度， 實(shí)現數據采集、顯示、存儲和網(wǎng)絡(luò )傳輸各部分?？偟脑O計原則是系統模塊化設計，各功能模 塊之間相互獨立，接口盡量簡(jiǎn)單，實(shí)現各個(gè)模塊的高內聚、低耦合，以便于系統的維護和進(jìn) 一步擴展。

　　系統應用程序主要使用 C 語(yǔ)言及匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，完成功能有：（1）通過(guò)一個(gè)I/O 端口發(fā) 送試驗啟動(dòng)信號；（2）通過(guò)系統自帶的ADC 對多路試驗參量進(jìn)行實(shí)時(shí)數據的采集與轉換； （3）通過(guò)LCD 顯示界面，使用折線(xiàn)圖動(dòng)態(tài)顯示參數曲線(xiàn)；（4）需要輸入數據時(shí)，讓處理器 掃描鍵盤(pán)輸出輸入端口獲得輸入值，因此可以實(shí)時(shí)監控試驗進(jìn)行過(guò)程，并進(jìn)行相應的控制； （5）S3C44B0X 可以脫離上位機獨立進(jìn)行試驗，也可以通過(guò)以太網(wǎng)或CAN 總線(xiàn)與上位機通 信，把試驗數據傳輸到上位機。程序具體實(shí)現是在操作系統中建立多個(gè)不同優(yōu)先級的任務(wù)， 然后通過(guò)消息隊列和全局變量進(jìn)行同步 [5] [6] 。主要程序流程圖如下：

　　上位機程序主要是基于 Delphi 語(yǔ)言編寫(xiě)，上位機與試驗系統相連接，控制試驗儀器，獲取試驗數據，顯示試驗數據曲線(xiàn)，還可通過(guò)數據庫技術(shù)方便地查詢(xún)每組試驗數據，通過(guò)PC 機顯示界面對試驗數據結果文件進(jìn)行對比。