基于嵌入式系统的便携式落锤弯沉测试仪研究

论文摘要

近年来,我国交通运输事业有了很大发展,公路及铁路的交通密度和负荷量日益增大,对交通建设的工程质量和进度均提出了新的更高要求。在道路施工中,以科学、合理的方法对路基填筑质量进行检测和监控是保证路基安全、保障正常施工的重要措施。通常的做法是,以路基密实度作为判断路基质量的指标。但这种方法有其明显的局限性:因为即使路基密实度相同,不同环境、不同条件下不同路基的力学性能指标仍可能有较大差异。所以,当前国内外更有代表性的做法是,在检测路基密实度的基础上,将路基的动态弹性模量作为反映路基承载力的压实标准。传统的强度及变形参数指标通过静态平板载荷试验测得,即检测路基系数K30。而路基实际承受的荷载不仅有静荷载,还有施工及车辆行驶对路基产生的动荷载。特别是施工中的高速公路或铁路,路基的稳定性和变形问题主要是由于动荷载引起的。所以,采用对路基的动态冲击产生的动应力及动应变指标作为路基填筑质量检测标准,是更为科学、合理的。本文从工程应用实际要求出发,以突出便携式和非破坏性特点,设计研制了便携式落锤弯沉测试仪,通过一个落锤撞击路基来模拟路基所受到的动态受力情况,测得路基表面上的垂直位移和压力,再根据测量数据计算出路基的动态弹性模量,对路基的填筑质量进行评估。本文分析便携式落锤弯沉测试仪的工作原理,着重介绍了仪器的硬件设计和软件设计。硬件设计包括传感器选型、小信号放大和采集、数据传输方式选择,根据便携式应用特点设计电源管理方案。软件设计重点是对采集数据进行数字信号处理的实现,提取真实信号并计算动态弹性模量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 目前国内外用于路基质量测量的主要仪器
• 1.2 研究背景及本文主要工作
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 本文主要工作
• 第2章 系统概述
• 2.1 测量基本原理
• 2.1.1 路基动态弹性模量及测量原理
• 2.1.2 压力和位移时程曲线
• 2.2 便携式落锤弯沉仪工作原理
• 2.2.1 便携式落锤弯沉仪结构
• 2.2.2 基本功能及技术指标
• 2.2.3 测试规程
• 2.3 系统电路设计指标要求
• 2.4 采样数据传输要求
• 2.4.1 采样数据量分析
• 2.4.2 传输模式选择
• 第3章 系统的硬件设计
• 3.1 系统硬件总体设计
• 3.1.1 系统硬件总体设计思想
• 3.1.2 系统硬件总体设计结构
• 3.2 压力传感器和加速度传感器
• 3.3 信号调理电路
• 3.3.1 压力信号调理
• 3.3.2 加速度信号调理
• 3.4 AD 转换电路
• 3.5 主控制模块
• 3.6 USB 接口电路
• 3.7 电源管理
• 3.8 PCB 板设计要求
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 单片机软件设计
• 4.1.1 程序设计要求
• 4.1.2 主程序流程
• 4.1.3 AD 采集子程序
• 4.1.4 环形 FIFO 数据缓冲区设计
• 4.1.5 USB 设备枚举程序设计
• 4.2 PC 机程序设计
• 4.2.1 程序设计要求
• 4.2.2 USB 设备 PDIUSBD12 驱动程序设计
• 4.2.3 界面软件设计
• 4.3 数据处理程序设计
• 4.3.1 数据采集控制程序
• 4.3.2 数字信号处理程序
• 第5章 系统的测试与验证
• 5.1 硬件电路测试
• 5.2 软件功能测试
• 5.3 系统验证测试
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录