砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李軍

摘 ?要： 傳統(tǒng)檢測方法不能根據(jù)不同地質(zhì)情況、砂土強(qiáng)度的具體變化趨勢快速完成系統(tǒng)串行通信接口選擇。為了解決此問題，設(shè)計砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)。通過系統(tǒng)集成框圖設(shè)計、測試臺結(jié)構(gòu)設(shè)計、采集控制器設(shè)計，完成砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計。通過軟件框架設(shè)計、開發(fā)流程設(shè)計、串行程序設(shè)計，完成砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計。模擬新型系統(tǒng)的工作環(huán)境，設(shè)計對比實驗。結(jié)果表明，在砂土強(qiáng)度由高轉(zhuǎn)低、由低轉(zhuǎn)高兩種情況下，系統(tǒng)串行通信接口選擇速度，都得到了明顯提升。

關(guān)鍵詞： 砂土強(qiáng)度; 變化測試; 系統(tǒng)集成; 采集控制器; 軟件架構(gòu); 開發(fā)流程; 串行程序

中圖分類號： TN64?34; TU441 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2018）10?0035?04

Abstract： Since the traditional detection method cannot quickly complete the serial communication interface selection of the system according to the specific variation trend of sand soil strength in different geological conditions， a sand soil strength variation test and control system was designed. The hardware module design of the sand soil strength variation test and control system was accomplished by means of the design of block diagram of system integration， structure of test table， and acquisition controller. The software module design of the sand soil strength variation test and control system was accomplished by means of the design of software architecture， development process， and serial program. The contrast experiment was designed by simulating the working environment of the new system. The results show that the serial communication interface selection speed of the system has been significantly improved in both of the conditions when the sand soil strength changes from high to low， and from low to high.

Keywords： sand soil strength; variation test; system integration; acquisition controller; software architecture; development process; serial program

砂土強(qiáng)度由其自身的應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系屬性確定。當(dāng)特征應(yīng)力發(fā)生改變時，砂土破壞應(yīng)力、屈服應(yīng)力、峰值應(yīng)力等物理條件發(fā)生改變。砂土強(qiáng)度可用高低程度來進(jìn)行劃分，當(dāng)砂土強(qiáng)度由高變低時，特征應(yīng)力值下降，砂土種類也隨之改變[1]。當(dāng)砂土強(qiáng)度由低變高時，特征應(yīng)力值上升，砂土種類也隨之改變。在這種情況下，原有挖掘施工強(qiáng)度就顯得過于無力，若繼續(xù)保持，則容易造成挖掘設(shè)備的損壞。為了保證施工人員的人身安全，并節(jié)約施工成本，在對不同砂土地面進(jìn)行施工前，完成砂土強(qiáng)度變化測試控制，就顯得極為有必要[2]。隨著工業(yè)技術(shù)手段的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)檢測方法，逐漸顯露出系統(tǒng)串行通信接口選擇速率較低、施工進(jìn)程過慢等弊端。為了提升砂土施工效率、縮減施工成本，設(shè)計一種新型砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)。

1 ?砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計

1.1 ?砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)集成框圖設(shè)計

砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)，以PCI總線作為核心結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)分別與中心計算機(jī)與外部砂土強(qiáng)度變化測試控制單元相連[3?4]。中心計算機(jī)主要包括I/O設(shè)備和兩個傳輸線橋，其中I/O設(shè)備是中心計算機(jī)的靈魂部件，兩個傳輸線橋作為兩級傳輸結(jié)構(gòu)，都以PCI總線相連，但上級傳輸線橋還有一個分支，與次級計算機(jī)設(shè)備相連[5]。外部砂土強(qiáng)度變化測試控制單元，包括砂土強(qiáng)度總線通信卡、變化測試控制通信卡、電源控制結(jié)構(gòu)、其他設(shè)備四部分結(jié)構(gòu)。其中，電源控制結(jié)構(gòu)中的電力資源由外部供電器提供。詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 ?砂土強(qiáng)度變化測試臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

砂土強(qiáng)度變化測試臺結(jié)構(gòu)，由中心計算機(jī)、砂土強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)采集卡、測試控制信號調(diào)理電路、強(qiáng)度變化測試控制導(dǎo)引頭、轉(zhuǎn)化通信卡5部分組成。對于砂土強(qiáng)度變化測試臺結(jié)構(gòu)來說，完成砂土強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)采集，并將采集完成的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成可傳輸?shù)碾娦盘?，再將電信號通過導(dǎo)引頭傳輸至測試控制信號調(diào)理電路，為系統(tǒng)下一步工作提供條件[6?7]。詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如圖2所示。

1.3 ?砂土強(qiáng)度變化采集控制器設(shè)計

砂土強(qiáng)度變化采集控制器，起始于初級測試控制結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中，對采集器采集到的砂土強(qiáng)度變化參數(shù)，進(jìn)行初級處理[8]。完成處理后的數(shù)據(jù)，進(jìn)入強(qiáng)度采集器中，并完成數(shù)據(jù)的進(jìn)一步模擬加工。強(qiáng)度采集器與驅(qū)動器間始終保持相互連通狀態(tài)，以保證數(shù)據(jù)可持續(xù)進(jìn)行交流。從驅(qū)動器中傳輸出的砂土強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)，具有一定的實際應(yīng)用價值，這些數(shù)據(jù)進(jìn)入采集控制器存儲平臺，并在此結(jié)構(gòu)中長期保持待使用狀態(tài)，等待中心計算機(jī)發(fā)出調(diào)用命令。具體采集控制器連接示意圖如圖3所示。

2 ?砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計

在完成了砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)硬件設(shè)計后，為保證系統(tǒng)的順利運(yùn)行，還需按照如下步驟，完成系統(tǒng)軟件模塊的搭建。

2.1 ?砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)軟件框架設(shè)計

砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)由三部分組成。第一部分為砂土強(qiáng)度變化參數(shù)設(shè)計，包括待開發(fā)砂土區(qū)位置、預(yù)估砂土強(qiáng)度、測試控制器狀態(tài)等信息。第二部分為測試控制信號源參數(shù)設(shè)計，主要通過測試待開發(fā)砂土區(qū)的測試控制信號狀態(tài)，來完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，該過程中設(shè)計的系統(tǒng)參數(shù)，包括系統(tǒng)延時、沙土硬度指數(shù)等[9?10]。第三部分為測試控制導(dǎo)引頭參數(shù)設(shè)計，該部分可完成對砂土強(qiáng)度變化測試控制的需求分析，并整理前兩部分的所有數(shù)據(jù)，傳輸至下一系統(tǒng)單元。具體軟件架構(gòu)圖如圖4所示。

2.2 ?軟件串行程序設(shè)計

砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)軟件串行程序，可在串口間進(jìn)行通信的同時，實現(xiàn)一根信號線的砂土強(qiáng)度數(shù)據(jù)即時傳輸。且數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間保持按位順序，一位接一位的進(jìn)行有序傳輸，彼此之間不發(fā)生影響。按照數(shù)據(jù)發(fā)送方式，對軟件串行程序進(jìn)行分類，包括同步強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳送、異步強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳送兩種，每種傳送方法的詳細(xì)要求及特點(diǎn)如表1所示。

3 ?實驗結(jié)果與分析

3.1 ?實驗參數(shù)設(shè)置

表2中參數(shù)名稱依次為砂土起始強(qiáng)度、砂土終止強(qiáng)度、預(yù)期串行接口選擇速度、測量控制系數(shù)、系統(tǒng)信息總量、傳輸連接系數(shù)。其中，砂土起始強(qiáng)度、砂土終止強(qiáng)度兩項參數(shù)，分別針對后續(xù)實驗的兩部分。為了保證實驗的公平性，實驗組與對照組參數(shù)均保持一致。

3.2 ?砂土強(qiáng)度由低轉(zhuǎn)高系統(tǒng)串行通信接口選擇速度

完成實驗參數(shù)設(shè)置，利用第一項砂土起始強(qiáng)度和砂土終止強(qiáng)度參數(shù)，在砂土強(qiáng)度由高轉(zhuǎn)低情況下，測量系統(tǒng)串行通信接口選擇速度。系統(tǒng)串行通信接口選擇速度大小，與MXP指標(biāo)呈正比關(guān)系，當(dāng)MXP指標(biāo)逐漸增大時，系統(tǒng)串行通信接口選擇速度也隨之增大，反之則減小。具體測量結(jié)果如圖5、圖6所示。

分析圖5、圖6可知，實驗組MXP指標(biāo)的最大值為8.45×10-4 T/s，系統(tǒng)串行通信接口選擇速度最大值為8.96×10-4 T/s，且二者最大值均出現(xiàn)在第30 s;對照組MXP指標(biāo)的最大值為2.61×10-4 T/s，出現(xiàn)在第17 s，系統(tǒng)串行通信接口選擇速度最大值為2.96×10-4 T/s，出現(xiàn)在第24 s。所以，可證明應(yīng)用砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)后，當(dāng)砂土強(qiáng)度由高轉(zhuǎn)低時，系統(tǒng)串行通信接口選擇速度明顯提升。

4 ?結(jié) ?語

砂土強(qiáng)度變化對土壤施工造成極大影響，通過應(yīng)用新型砂土強(qiáng)度變化測試控制系統(tǒng)的方式，提升串行接口選擇速度，快速確定砂土強(qiáng)度的具體變化趨勢。

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