基于CAN总线的静载荷试验分析仪的设计

摘要

工程建设中，桩基础的应用非常广泛，因为桩基工程的质量与上部结构的安全紧密相连，上部结构能否顺利进行，有赖于桩基工程的正确实施，以及准确检测。桩基工程的施工隐蔽性较高，容易出现质量隐患，对检测技术和手段提出了更高的要求。而目前，对桩基础实施检测的主要方法之一就是静载荷试验。
　　 本文分析了当前国内外主流静载荷试验分析仪器的性能和特点，设计了一种基于CAN总线的静载荷试验分析仪。该分析仪分为三级结构:工控机、控制器和数据采集终端，并能够很好的对试验基桩承受的荷载、桩顶沉降量进行检测。
　　 本文中简要介绍了上级工控机的功能，详细的论述了中级控制器和下级数据采集终端的硬件设计。控制器和数据采集终端均采用了基于ARMv7架构的微处理器，设计了高精度的压力采集通道和位移采集通道，并通过工业CAN总线，完成了数据采集终端和控制器之间的通信，使其具有良好的抗干扰性和数据传输的快速性。
　　 在软件设计方面，本文根据目前主流的慢速维持荷载法对控制器和数据采集终端进行了软件设计，使得控制器和数据采集终端能够实现数据采集、传输，以及控制执行机构的自动化，并对试验过程的异常情况进行了处理，保证了系统的可靠性。
　　 针对静载荷试验分析仪普遍存在的加载不准的现象，本文对液压系统进行了分析，使用单神经元自适应PID控制算法对系统进行控制，并通过Matlab仿真，比较了增量式PID控制方式和单神经元自适应PID控制方式的控制效果，得出单神经元自适应PID控制方式更为优秀的结论。
　　 最后，总结了本文所作的工作，指出了目前还存在的问题，以及下一步工作的方向。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景、目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究的内容和章节安排

第2章 系统的硬件设计

2．1 系统总体设计与构成

2．2 控制器的电路设计

2．2．1 控制器芯片介绍

2．2．2 压力信号转换

2．2．3 A／D转换电路

2．2．4 片外设备接口(EPI)

2．2．5 RS-485接口电路

2．2．6 油泵开关控制电路

2．3 数据采集终端的电路设计

2．3．1 容栅式位移传感器

2．3．2 位移信号调理电路

2．3．3 位移信号采集电路

2．4 CAN总线

2．4．1 CAN控制器模块

2．4．2 位时间参数设置

2．4．3 CAN接口电路设计

2．5 本章小结

第3章 系统软件设计

3．1 Stellaris外设驱动程序库

3．2 系统总体流程

3．3 加载、卸载、补载流程

3．4 数据采集流程

3．5 数据采集终端工作流程

3．6 异常情况处理流程

3．7 本章小结

第4章 单神经元自适应PID控制

4．1 单神经元自适应PID控制

4．2 液压系统分析

4．3 仿真结果

4．4 本章小结

第5章 总结和展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢