巖體力學性質(zhì)測試是巖體力學性質(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參數(shù) [1] 。本文通過設計一種基于ARM 的力學性質(zhì)測試 系統(tǒng)，對巖塊力學性質(zhì)測試的試驗數(shù)據(jù)進行自動化的測試、采集和分析，來準確預測巖體在 各種應力場作用下的變形與穩(wěn)定性，進而為合理的工程設計提供巖體力學依據(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)的設計必須滿足巖體力學性質(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，進行進一步分析存儲。系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示：
首先由力學試驗儀器測試巖體試件的力學性質(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 總線與遠端上位機通信，也可以通過 串口與上位機相連接，由數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理及畫圖，得到的實驗數(shù)據(jù)可以存儲、分析、打印。
2 系統(tǒng)應用軟件設計
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，通過任務調(diào)度， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲和網(wǎng)絡傳輸各部分。總的設計原則是系統(tǒng)模塊化設計，各功能模塊之間相互獨立，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)的維護和進 一步擴展。
系統(tǒng)應用程序主要使用 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)控試驗進行過程，并進行相應的控制； （5）S3C44B0X 可以脫離上位機獨立進行試驗，也可以通過以太網(wǎng)或CAN 總線與上位機通 信，把試驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C。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， 然后通過消息隊列和全局變量進行同步 [5] [6] 。主要程序流程圖如下：
上位機程序主要是基于 Delphi 語言編寫，上位機與試驗系統(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 機顯示界面對試驗數(shù)據(jù)結(jié)果文件進行對比。
3 系統(tǒng)測試
為了調(diào)試開發(fā)的實時數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的性能，連接巖體力學試驗儀器上進行了多次單軸壓縮、單軸拉伸、三軸壓縮、直接剪切等試驗。通過對三個壓力傳感器和兩個位移傳感器的相應模擬信號進行采集，記錄整個試件在試驗過程中的壓力、位移和變形等參量。
實例（三軸試驗( 力 -- 行程 )）：
3）通過網(wǎng)絡向上位機傳輸數(shù)據(jù)并顯示
試驗數(shù)據(jù)是在試驗過程中存儲到嵌入式系統(tǒng)中，同時可以傳輸?shù)缴衔粰C。上級機可以利用存儲空間較大的優(yōu)勢，存儲試驗歷史數(shù)據(jù)，并可以隨時顯示歷史數(shù)據(jù)。
上位機接收網(wǎng)絡數(shù)據(jù)如圖 4 所示。
4 結(jié)束語
該測試系統(tǒng)可以使巖體力學試驗從得出測量數(shù)據(jù)，畫出力學性質(zhì)曲線，打印報表，到實驗數(shù)據(jù)的比較、分析、存儲的一系列過程自動化、智能化，使得巖體力學試驗測試和計算分 析系統(tǒng)能夠小型化，智能化，高效率的實現(xiàn)試驗中數(shù)據(jù)采集和分析的問題。并且具有低耦合、高內(nèi)聚、可擴展、可移植、穩(wěn)定性好、體積小和成本較低等良好特點。
本文作者創(chuàng)新點：（1）實現(xiàn)了一種實用的實時數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)。（2）移植了實時嵌入式 操作系統(tǒng)μC/OSII 到ARM7 平臺。（3）移植了TCP/IP 協(xié)議棧。