基于PIC32的鐵路隧道監測系統

一、引言

隧道的開(kāi)采、施工和使用過(guò)程中，隧道圍巖變形是圍巖應力分布、整體力學(xué)形態(tài)變化和穩定狀態(tài)最直接和可靠的反映，圍巖凈空位移的測量是隧道施工過(guò)程中一個(gè)重要環(huán)節，是判斷圍巖穩定性和指導施工的重要依據。對隧道圍巖變形進(jìn)行及時(shí)的監測和分析預報成為隧道施工中保證施工安全、防止事故發(fā)生、合理確定隧道支護的十分重要的工作。

傳統的隧道圍巖位移量測方法主要有兩種：一種是在施工過(guò)程中布置測量斷面，間隔一定的時(shí)間由人工使用各種機械式或機械－電子式收斂計量測；另一種是借助隧道斷面儀定時(shí)定點(diǎn)量測待測斷面。兩者的不足之處在于：

（1）不能實(shí)時(shí)監測：即不能隨時(shí)監測待測斷面的變形情況，因而不能及時(shí)反映施工過(guò)程中隧道圍巖的異常變化。

（2）對施工干擾大：由于變形量測中或者需要拉尺，或者需要架設斷面儀，所以對施工作業(yè)，尤其是運輸作業(yè)干擾很大。

（3）量測工作危險：在人員不易接近的地方，為了獲取量測數據，人員不得不頻繁接近危險空間，因而對人員與儀器的安全威脅較大。

（4）量測費用高：因同一斷面要多次反復量測，加之量測過(guò)程繁瑣，用人多，耗時(shí)長(cháng)，導致量測費用較高。

（5）量測數據不可靠：造成量測數據不可靠的原因主要是量電子和機械儀表的測量精度不夠和處理測量數據時(shí)造成的誤差。

由于以上五個(gè)主要缺點(diǎn)局限了傳統的隧道監測技術(shù)，本系統采用PIC32處理器構建鐵路隧道監測系統，具有集成度高、處理速度快、實(shí)時(shí)監測等優(yōu)勢。PIC32處理器工作頻率高達80MHZ，具有32位處理寬度、32K RAM、并帶有10位、500ksps A/D等性能，能夠減少產(chǎn)品的外圍器件，增強系統穩定性，降低系統成本。

二、整體方案設計

用激光器光束、CCD進(jìn)行鐵路隧道施工中圍巖位移監測原理示意圖2-1。由四部分組成：半導體激光光源及光束變換傳輸、CCD傳感器、數據采集采集處理傳輸模塊、支架（固定CCD）光傳感器與激光光源相對位置，包括微調節架等）。圖2-2為在施工工地上架設的圖片，圖2-3為在實(shí)驗室搭建的模擬平臺。

圖2-1 鐵路隧道監測原理示意圖

圖2-2 施工工地上架設監測平臺

圖2-3 實(shí)驗模擬平臺

整個(gè)系統設計框圖如下所示，采用PIC32MX460F512L為核心處理器，整個(gè)系統分為數據采集、數據顯示、數據存儲、數據通信。