建材質(zhì)量自動(dòng)監測系統的設計

建材質(zhì)量自動(dòng)監測系統是一個(gè)可以通過(guò)指定的材料萬(wàn)能試驗機進(jìn)行力學(xué)性能指標采集處理的系統，其主體是聯(lián)機測試模塊，重點(diǎn)是數據采集子模塊和智能檢測子模塊。數據采集子模塊包括信號的放大和處理，智能檢測子模塊則負責所獲得力學(xué)參數的檢測。

自動(dòng)監測系統總體方案

1 系統總體方案的確定

按照自動(dòng)監測系統的性能及設計要求，系統的方案確定需要從以下幾個(gè)方面考慮：

●  自動(dòng)采集力和形變試驗數據；
●  自動(dòng)分析處理采集數據，得出用戶(hù)要求的力學(xué)性能指標；
●  試驗過(guò)程中按要求確定數據加載速率及各關(guān)鍵技術(shù)的解決方案；
●  能自動(dòng)保存試驗數據，供用戶(hù)進(jìn)行數據查詢(xún)；
●  系統性?xún)r(jià)比高，界面友好，操作方便，便于用戶(hù)使用。

要從所設計的系統中得到合理的結果，完成自動(dòng)監測的功能，就必須依賴(lài)于系統的每一個(gè)組成部分，即材料試驗機、傳感器、信號放大調理、數據采集系統和數據顯示部分.

圖1 系統原理框圖

2系統的原理框圖

按照上述思路設計的系統可用圖1所示的框圖加以說(shuō)明。
從以上原理圖可以看出，試驗機上串接的壓力傳感器輸出的小信號通過(guò)屏蔽電纜送入信號放大調理模塊，完成信號的放大、濾波及極性轉換等。放大后的模擬信號經(jīng)數字化模塊轉化為數字量，傳送給單片機，再經(jīng)過(guò)運算及零點(diǎn)補償等處理，在液晶模塊上顯示出來(lái)，同時(shí)經(jīng)過(guò)串行接口送到上位機。鍵盤(pán)提供人機交互的手段，但在此次設計中暫不對其做出分析。數據保存模塊具有掉電保護功能，主要是保存當前委托編號，采集數據等信息不因斷電而丟失。系統的性能要做到穩定、可靠、準確，且使用簡(jiǎn)便，有較高的容錯能力，在功能上要保證有一定的可擴展。

3 系統的設計重點(diǎn)

●  聯(lián)機測試模塊

聯(lián)機測試模塊是整個(gè)材料試驗機監測系統的關(guān)鍵，主要包括圖像處理子模塊、數據采集子模塊與智能檢測子模塊．

●  數據的傳送與通信

通信程序設計的重點(diǎn)主要是保證通信的可靠性。由于通信線(xiàn)路長(cháng)，其必然成為各種尖峰干擾的引入源，再加之共同地線(xiàn)影響MCU、A/D等單元，引起地電位脈動(dòng)，從而造成數據抖動(dòng)甚至出現粗大誤差。因此，必須對通信接口電路進(jìn)行光電隔離。通信接口芯片的選擇也很重要。上位機的通信接口程序，可采用串行通信控件等實(shí)現；計算機串口1、串口2分別與兩數據采集子系統（下位機）相連，采用循環(huán)掃描方式限時(shí)與下位機通信。

聯(lián)機測試模塊的設計

1 圖像處理子模塊

圖像處理模塊主要負責試驗曲線(xiàn)的繪制、顯示、保存等操作，系統對于曲線(xiàn)的顯示有以下幾個(gè)方面的要求。

圖2 高線(xiàn)性度橋路放大器

① 曲線(xiàn)顯示直觀(guān)。依據試驗機的最大負載、油缸活塞最大位移、試樣預計抗拉強度、最大變形等指標，基本手動(dòng)輸入出橫坐標和縱坐標的最大刻度。繪制曲線(xiàn)必須依據此刻度按照比例進(jìn)行。

② 曲線(xiàn)顯示的大小要適中。顯示過(guò)大，有過(guò)分強調曲線(xiàn)數據之嫌，且曲線(xiàn)圖象較大，增加系統后續處理的負擔；顯示太小，影響試驗加載過(guò)程的直觀(guān)表達。

③ 橫坐標和縱坐標是需要依據用戶(hù)的要求發(fā)生變化的，不能固定不變。

此模塊的設計可以采用Visual Basic的 Picture Box控件。

2 數據采集子模塊

數據自動(dòng)采集的模塊包括信號變送電路、信號采集處理兩部分。

信號處理部分的核心是單片機，全程菜單驅動(dòng)，根據選定的材料類(lèi)型自動(dòng)生成檢測的樣品組數、個(gè)數以及委托編號等。每檢測完一組，自動(dòng)向上位機發(fā)送，并送存機內環(huán)行數據存儲單元以便備查。

圖3 屈服點(diǎn)檢測程序圖

● 信號變送電路

信號變送電路的核心是具有高精度、高穩定度與高線(xiàn)性度的橋路放大器。由于傳感器必須連續長(cháng)期穩定工作，在傳感器選用上必須保證高精度和穩定度，因此選用壓阻式壓力傳感器。傳感器的靈敏度可通過(guò)調節放大器增益來(lái)校正，從而使之在高電平輸出時(shí)具有良好的互換性。

為使線(xiàn)性度和靈敏度均較佳，可采用如圖2所示的高線(xiàn)性度橋路放大器。

● 信號采集處理

信號采集的關(guān)鍵是信號的A/D轉換處理。A/D轉換模塊的核心是雙積分A/D轉換電路ICL7135。ICL7135是一種常用的4位半雙積分型單片集成ADC芯片，其分辨相當于14位二進(jìn)制數；轉換精度高，轉換誤差為