基于SOC片上系统的便携式静力贯入仪.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,便携式静力贯入仪的设计与实现,基于,SoC,片上系统,的,课题内容,课题意义,与现有技术对比,便携式静力贯入仪的总体设计方案,系统硬件设计及实现,系统软件设计与实现,系统,模拟实验,结果与误差分析,总结和建议,一、课 题 意 义,静力触探示意图,车载静力触探设备,便携式静力贯入仪,机械式贯入仪,二、与现有技术对比,电子数显贯入仪,便携式静力贯入仪,三、系统总体设计方案,模拟信号处理电路,液晶显示单元,探头阻力,传感器,电源电压,超声波测距仪,接口电路,USB,存储 单元,地址与,数据总线,AIN0,AIN1,系统级芯片,（,SoC,）,C8051F005,单片机,12,位,ADC,8,个通道,I/O,端口,编码器,电源,管理,数据采集部分,液晶显示模块,超声波测距模块,USB,HOST,技术的实现,四、系统硬件设计及实现,系统硬件设计,-1、,数据采集单元,信号调理,A/D,输出,模拟信号,单桥传,感,器,放大,输出偏置,CPU,AIN1,AIN0,模拟多路开关,AIN7,C8051F005,SoC,液晶显示,U,盘存储,电源,电压,信号,调理,AD620,系统硬件设计,-2、,液晶显示单元,采用深圳市欣瑞达电子有限公司，128*64点阵的液晶模块,AG12864C，,该,模块不自带字库。模块可直接与,C8051F005,的8位微处理器相连。,系统硬件设计,-3、,超声波测距模块,t,t,一、超声波测距原理,S=*t/2,系统硬件设计,-3、,超声波测距模块,二、,超声波测距实验数据,表6 超声波测距的实测数据,h,与偏差（单位,mm）,实际距离（,mm）,1300,1200,1100,1000,900,800,700,600,500,400,300,测量结果（,mm）,1300,1199,1102,998,902,800,703,603,500,403,302,误差（%）,0,-0.1,0.2,-0.2,0.2,0,0.45,0.5,0,0.75,0.7,便携式静力贯入仪超声测距示意图,由表中的数据可见，超声测距在3001300,mm,之间误差范围在1%以内。在1米测量范围内精度达到了设计的要求。,USB,是英文,Universal Serial Bus,的缩写，中文含义是,“,通用串行总线,”,。,系统硬件设计,-4、,USB HOST,技术实现,在,USB,的星型拓扑结构中居核心地位的是,Host（,也称为主机），任何一次,USB,数据传输都必须由主机发起和控制，所有的,USB,外设都只能和主机建立连接，任何两个外设之间或是两个主机之间无法连接。,USB,主机,Hob1,Hob2,设备1,设备2,USB,的拓扑结构图,系统硬件设计,-4、,USB HOST,技术实现,嵌入式,USB,主机技术,MP3,播放器,移动硬盘,数码相机,打印机,PC,机,场景一,场景二,系统硬件设计,-4、,USB HOST,技术实现,嵌入式,USB,主机的软件设计规划：,1.设计,USB,主机系统软件：,89,C52,与,CH375,通信,主机枚举,USB,设备功能的实现,2.设计,USB Mass Storage,设备类协议软件：,3.设计,USB,用户软件：,FAT,文件系统,嵌入式,USB,主机的硬件设计规划：,1.选择核心控制器:,DSP、,单片机,2.选择,USB,主机接口芯片:,Cypress,公司的,SL811HS,；,Philips,公司的,ISP1161,南京沁恒电子有限公司的,CH375,CH421,主控单片 机,C8051f005,89,C52,CH375,D0D7,USB,接口,U1,USB,主机模块,HID,设备类,Mass Storage,音频类,五、软件设计,软件设计,液晶显示模块,数据采集模块,U,盘存储模块,数字滤波,编码器模块,系统软件设计,-,流程图,系统软件设计,-,流程图,六、,系统,模拟实验,结果与误差分析,探头传感器参数表,探头横截面积,最大荷载,标定系数,绝缘电阻,温度,误差,2.5,cm,2,16,KN,K=3.6712Kpa/,mv,500,M,18,0.98%,图4-2 静力贯入仪数据采集的模拟试验,通常便携式静力贯入仪是利用人体力量把探头匀速地压入被测表层土土层的，考虑到一个人所能提供最大贯入阻力也就是50,Kg，,探头的横截面积为2.5,cm,2,，,换算成应力为1960,KPa,，,所以在50,KPa,1960KPa,范围内分别做了加载和卸载模拟实验，由下表所示。,实际应力,（,KPa,）,加载应力测量（,KPa,）,偏差（%）,卸载应力测量（,KPa,）,偏差（%）,50,49.5,1.0,50,0,100,99.0,-1.0,101.,1.0,110,110,0,111.1,1.0,130,131.3,1.0,130,0,150,148.5,-1.0,151.5,1.0,200,198.0,-1.0,202.0,1.0,250,250,0,252.5,1.0,300,303.0,1.0,297.,-1.0,350,346.5,-1.0,355.3,1.5,400,400,0,403.9,0.98,450,454.4,0.98,445.6,-0.98,500,500,0,504.9,0.98,550,544.6,-0.98,555.5,1.0,600,594.1,-0.98,605.9,0.98,650,643.6,0.98,650,0,700,700,0,706.9,0.99,750,742.6,-0.99,757.4,0.99,800,808.0,1.0,792.1,-0.99,850,858.5,1.0,841.5,-1.0,900,891.1,-0.99,908.9,0.99,950,959.5,1.0,940.5,-1.0,1000,990.1,-0.99,1010,1.0,1200,1200,0,1188.1,0.99,1500,1485.0,-1.0,1515,1.0,1960,1940.4,-1.0,1979.6,1.0,应力实际值与测量值对比,由表中的数据可见，系统误差最大为2%，满足任务要求。便携式静力贯入仪适合勘察101960,KPa,应力范围内的浅层土层。在工程勘察中粘性土的贯入阻力,P,S,在100,KPa,2000KPa,之间，所以仪器的能够应用于粘性土等路基检测。本仪器的最佳测试范围在100,KPa,1800KPa,之间，满足常规试验要求。,通过对便携式静力贯入仪的研究和实验操作，得出以下结论：,便携式静力贯入仪从电路板贴片式元器件的选择到系统整体设计，都体现了便携式仪器的设计理念；,便携式静力贯入仪器成功采用和结合了,USB,存储技术、液晶显示以及超声波测距技术，并且满足工程地质原位测试数据采集的要求；,微控制器,C8051F005,高速,SoC,单片机的优良特性，在本设计中充分显示出来，但单片机的,SMBus,/I,2,C,总线、可编程计数器阵列等功能在本设计都没应用到，可升级其它功能；另外,C8051F005,内部的,ADC,有8路通道，在本设计只用到2路，还可升级便携式静力贯入仪器的功能，比如可以采用双桥探头或孔压静力探头来测量更多的土层力学参数。,考虑到本设计的硬件资源及一些数字算法用,C,语言编写会非常简练，故本系统应用软件采用汇编语言调,C,函数的混编方法；,根据用该便携式静力贯入仪器,进行的数据采集模拟试验，验证了该系统数据采集的准确性和可靠性；,该系统具有很好的开放性，可以使用该系统实现很多工程地质原位测试数据采集。,总 结 和 建 议,