基于ARM的力學(xué)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)

巖體力學(xué)性質(zhì)測試是巖體力學(xué)性質(zhì)測試技術(shù)中重要的一個環(huán)節(jié)，其目地主要是為巖體變 形和穩(wěn)定分析計算提供必要的物理力學(xué)參數(shù) [1] 。本文通過設(shè)計一種基于ARM 的力學(xué)性質(zhì)測試 系統(tǒng)，對巖塊力學(xué)性質(zhì)測試的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化的測試、采集和分析，來準(zhǔn)確預(yù)測巖體在 各種應(yīng)力場作用下的變形與穩(wěn)定性，進(jìn)而為合理的工程設(shè)計提供巖體力學(xué)依據(jù)。

　　1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)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(tǒng)。一方面系 統(tǒng)的設(shè)計必須滿足巖體力學(xué)性質(zhì)測試的要求，一方面在嵌入式系統(tǒng)有限的資源上實現(xiàn)更多的 功能。主要由數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)傳輸?shù)葞撞糠纸M成，通過與巖體力學(xué)試驗儀器配合， 實時采集數(shù)據(jù)，并顯示數(shù)據(jù)，還可將試驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步分析存儲。系統(tǒng)的 基本結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)由儀器上的傳感器得到，然后由嵌 入式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，通過LCD 顯示數(shù)據(jù)。同時為了在試驗中有效的保存數(shù)據(jù)， 擴(kuò)展了系統(tǒng)的存儲單元。系統(tǒng)可以使用以太網(wǎng)或CAN 總線與遠(yuǎn)端上位機(jī)通信，也可以通過 串口與上位機(jī)相連接，由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及畫圖，得到的實驗數(shù)據(jù)可以存 儲、分析、打印。

　　2 系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)的各個模塊，分別完成不同的功能，以 μC/OS-II 操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過任務(wù)調(diào)度， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸各部分?？偟脑O(shè)計原則是系統(tǒng)模塊化設(shè)計，各功能模 塊之間相互獨(dú)立，接口盡量簡單，實現(xiàn)各個模塊的高內(nèi)聚、低耦合，以便于系統(tǒng)的維護(hù)和進(jìn) 一步擴(kuò)展。

　　系統(tǒng)應(yīng)用程序主要使用 C 語言及匯編語言編寫，完成功能有：（1）通過一個I/O 端口發(fā) 送試驗啟動信號；（2）通過系統(tǒng)自帶的ADC 對多路試驗參量進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)換； （3）通過LCD 顯示界面，使用折線圖動態(tài)顯示參數(shù)曲線；（4）需要輸入數(shù)據(jù)時，讓處理器 掃描鍵盤輸出輸入端口獲得輸入值，因此可以實時監(jiān)控試驗進(jìn)行過程，并進(jìn)行相應(yīng)的控制； （5）S3C44B0X 可以脫離上位機(jī)獨(dú)立進(jìn)行試驗，也可以通過以太網(wǎng)或CAN 總線與上位機(jī)通 信，把試驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。程序具體實現(xiàn)是在操作系統(tǒng)中建立多個不同優(yōu)先級的任務(wù)， 然后通過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(jī)程序主要是基于 Delphi 語言編寫，上位機(jī)與試驗系統(tǒng)相連接，控制試驗儀器，獲取試驗數(shù)據(jù)，顯示試驗數(shù)據(jù)曲線，還可通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)方便地查詢每組試驗數(shù)據(jù)，通過PC 機(jī)顯示界面對試驗數(shù)據(jù)結(jié)果文件進(jìn)行對比。