基于AVR單片機(jī)的路基溫度采集系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、在多年凍土和季節(jié)性冰凍寒區(qū),公路質(zhì)量不僅與其修建質(zhì)量有關(guān),還與路基強(qiáng)度有關(guān)。含水量和溫度變化決定著路基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,其中溫度是土體中水分遷移的動(dòng)力和水分發(fā)生相變的重要條件,分析路基中溫度的分布和變化規(guī)律,是研究季節(jié)性冰凍地區(qū)水泥或?yàn)r青混凝土路面穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。因此開展能夠自動(dòng)、連續(xù)獲得寒區(qū)公路路基溫度在凍融期內(nèi)變化規(guī)律的路基溫度采集系統(tǒng),將為寒區(qū)公路路基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及公路設(shè)計(jì)施工提供依據(jù),具有重要的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)意義。
　　針對(duì)路基

2、溫度的多通道自動(dòng)檢測(cè)需求,提出了上下位機(jī)通訊的路基溫度采集系統(tǒng)。上位機(jī)用LabVIEW編寫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),通過(guò)串口通訊與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集。下位機(jī)采用Pt100為溫度傳感器,采用74LS138和74HC4051設(shè)計(jì)了多通道拓展方案,以ATmega16A為MCU,通過(guò)SPI總線與AD采集模塊AD7709和存儲(chǔ)模塊AT45DB041D通訊,通過(guò)I2C總線連接PCF8563時(shí)鐘模塊,通過(guò)MAX3232實(shí)現(xiàn)串口通訊,通過(guò)電源模塊將電池電

3、壓轉(zhuǎn)為3.3V給系統(tǒng)供電,并在AltiumDesigner完成硬件電路原理圖和PCB板的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了128通道的路基溫度采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。
　　下位機(jī)采用休眠—中斷的工作模式實(shí)現(xiàn)低功耗,用C語(yǔ)言在AVRStudio中設(shè)計(jì)了時(shí)鐘模塊、多通道選擇模塊、AD采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電源檢測(cè)模塊、中斷服務(wù)模塊,通過(guò)自定義的串口通訊協(xié)議,與上位機(jī)管理程序LabVIEW實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、時(shí)鐘參數(shù)設(shè)置、報(bào)警設(shè)置、存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)讀取和清除等功能,并通過(guò)

4、實(shí)驗(yàn)對(duì)軟件和硬件系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和完善。
　　為了實(shí)現(xiàn)路基溫度的預(yù)測(cè)功能,在路基溫度檢測(cè)與預(yù)測(cè)上提出用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間序列NAR網(wǎng)絡(luò)模型建立路基溫度的預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)路基溫度變化規(guī)律的預(yù)測(cè),實(shí)驗(yàn)表明所建預(yù)測(cè)模型的最大相對(duì)誤差達(dá)到0.443％,具有較好的預(yù)測(cè)精度。
　　該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證結(jié)果表明其測(cè)量誤差滿足設(shè)計(jì)要求,具有成本低、可采集面積大、用戶操作性好、使用方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可以在路基尤其是凍土地區(qū)路基高效準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)多通