建材質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)是一個可以通過指定的材料萬能試驗機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能指標(biāo)采集處理的系統(tǒng)，其主體是聯(lián)機(jī)測試模塊，重點是數(shù)據(jù)采集子模塊和智能檢測子模塊。數(shù)據(jù)采集子模塊包括信號的放大和處理，智能檢測子模塊則負(fù)責(zé)所獲得力學(xué)參數(shù)的檢測。 自動監(jiān)測系統(tǒng)總體方案 1 系統(tǒng)總體方案的確定 按照自動監(jiān)測系統(tǒng)的性能及設(shè)計要求，系統(tǒng)的方案確定需要從以下幾個方面考慮： ● 自動采集力和形變試驗數(shù)據(jù)； ● 自動分析處理采集數(shù)據(jù)，得出用戶要求的力學(xué)性能指標(biāo)； ● 試驗過程中按要求確定數(shù)據(jù)加載速率及各關(guān)鍵技術(shù)的解決方案； ● 能自動保存試驗數(shù)據(jù)，供用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢； ● 系統(tǒng)性價比高，界面友好，操作方便，便于用戶使用。 要從所設(shè)計的系統(tǒng)中得到合理的結(jié)果，完成自動監(jiān)測的功能，就必須依賴于系統(tǒng)的每一個組成部分，即材料試驗機(jī)、傳感器、信號放大調(diào)理、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示部分. 2 系統(tǒng)的原理框圖 按照上述思路設(shè)計的系統(tǒng)可用圖1所示的框圖加以說明。從以上原理圖可以看出，試驗機(jī)上串接的壓力傳感器輸出的小信號通過屏蔽電纜送入信號放大調(diào)理模塊，完成信號的放大、濾波及極性轉(zhuǎn)換等。放大后的模擬信號經(jīng)數(shù)字化模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，傳送給單片機(jī)，再經(jīng)過運(yùn)算及零點補(bǔ)償?shù)忍幚?，在液晶模塊上顯示出來，同時經(jīng)過串行接口送到上位機(jī)。鍵盤提供人機(jī)交互的手段，但在此次設(shè)計中暫不對其做出分析。數(shù)據(jù)保存模塊具有掉電保護(hù)功能，主要是保存當(dāng)前委托編號，采集數(shù)據(jù)等信息不因斷電而丟失。系統(tǒng)的性能要做到穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確，且使用簡便，有較高的容錯能力，在功能上要保證有一定的可擴(kuò)展。 3 系統(tǒng)的設(shè)計重點 ● 聯(lián)機(jī)測試模塊 聯(lián)機(jī)測試模塊是整個材料試驗機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要包括圖像處理子模塊、數(shù)據(jù)采集子模塊與智能檢測子模塊． ● 數(shù)據(jù)的傳送與通信 通信程序設(shè)計的重點主要是保證通信的可靠性。由于通信線路長，其必然成為各種尖峰干擾的引入源，再加之共同地線影響MCU、A/D等單元，引起地電位脈動，從而造成數(shù)據(jù)抖動甚至出現(xiàn)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(jī)的通信接口程序，可采用串行通信控件等實現(xiàn)；計算機(jī)串口1、串口2分別與兩數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（下位機(jī)）相連，采用循環(huán)掃描方式限時與下位機(jī)通信。 聯(lián)機(jī)測試模塊的設(shè)計 1 圖像處理子模塊 圖像處理模塊主要負(fù)責(zé)試驗曲線的繪制、顯示、保存等操作，系統(tǒng)對于曲線的顯示有以下幾個方面的要求。 ① 曲線顯示直觀。依據(jù)試驗機(jī)的最大負(fù)載、油缸活塞最大位移、試樣預(yù)計抗拉強(qiáng)度、最大變形等指標(biāo)，基本手動輸入出橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的最大刻度。繪制曲線必須依據(jù)此刻度按照比例進(jìn)行。 ② 曲線顯示的大小要適中。顯示過大，有過分強(qiáng)調(diào)曲線數(shù)據(jù)之嫌，且曲線圖象較大，增加系統(tǒng)后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)；顯示太小，影響試驗加載過程的直觀表達(dá)。 ③ 橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)是需要依據(jù)用戶的要求發(fā)生變化的，不能固定不變。 此模塊的設(shè)計可以采用Visual Basic的 Picture Box控件。 2 數(shù)據(jù)采集子模塊 數(shù)據(jù)自動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(jī)，全程菜單驅(qū)動，根據(jù)選定的材料類型自動生成檢測的樣品組數(shù)、個數(shù)以及委托編號等。每檢測完一組，自動向上位機(jī)發(fā)送，并送存機(jī)內(nèi)環(huán)行數(shù)據(jù)存儲單元以便備查。 ● 信號變送電路 信號變送電路的核心是具有高精度、高穩(wěn)定度與高線性度的橋路放大器。由于傳感器必須連續(xù)長期穩(wěn)定工作，在傳感器選用上必須保證高精度和穩(wěn)定度，因此選用壓阻式壓力傳感器。傳感器的靈敏度可通過調(diào)節(jié)放大器增益來校正，從而使之在高電平輸出時具有良好的互換性。 為使線性度和靈敏度均較佳，可采用如圖2所示的高線性度橋路放大器。 ● 信號采集處理 信號采集的關(guān)鍵是信號的A/D轉(zhuǎn)換處理。A/D轉(zhuǎn)換模塊的核心是雙積分A/D轉(zhuǎn)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(dāng)于14位二進(jìn)制數(shù)；轉(zhuǎn)換精度高，轉(zhuǎn)換誤差為±1LSB；能在單極性參考電壓下，對雙極性的輸入模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；模擬輸入電壓范圍為0～1.999V。芯片采用了自動校零技術(shù)，可保證零點在常溫下的長期穩(wěn)定性；模擬輸入可以是差動信號，輸入阻抗極高。 3 智能檢測子模塊 以常見的建材—鋼材為例來說明。用作建筑材料的鋼材通常需要具備較高的強(qiáng)度、足夠的變形能力、良好的工藝性能等。因此，只要能自動檢測出最大負(fù)荷，即峰值力，就可以得到屈服點強(qiáng)度。檢測的程序框圖如圖3所示。 數(shù)據(jù)的傳送通信模塊的設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)的拓?fù)湫枰?，可以采用RS-232串行通信方式，也可采用RS-485等現(xiàn)場總線方式。從通信環(huán)境和距離實際出發(fā)，采用RS-232比較合適，而且本系統(tǒng)與材料試驗機(jī)相聯(lián)系使用，從系統(tǒng)到上位機(jī)有一定距離，因此采用串行通信方式。 RS-232接口包括接收信號線RXD、TXD和一系列控制信號線。在這些控制信號線中，當(dāng)RS-232信號在進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)化時：邏輯“0”對應(yīng)+5～+15V，邏輯“1”對應(yīng)相對于地的-5～-15V。