混凝土空心砖材料冻融机测试系统

摘要

我国北方地处严寒地带，如果混凝土材料的抗冻性不能达标，过早的损坏不但需要昂贵的维修与重建费用，还可能会对人民的生命财产造成重大损失。作为检测混凝土抗冻性的重要实验设备，传统的混凝土材料冻融机在实时数据传输和智能控制方面仍有不足，并且对于长时间的测试，仍需要人工的介入，还会导致实验结果的准确性不高。本文运用Labwindows/CVI与单片机技术，设计了混凝土快速冻融试验设备,对温度和液位数据进行实时采集与控制。
　　本文首先对国内外冻融试验和冻融设备现状进行分析，依照混凝土冻融试验规程和混凝土冻融设备相关国家标准，确立本课题的设计方案。整个控制系统分为上位机和下位机两大部分。下位机硬件上以DS180B20和154N传感器分别对冻融环境的温度和水位数据进行检测和采集，并使用AD7705模数转换模块对154N采集的液位数据进行处理，选择ATmega64作为下位机的核心，对传感器采集到的冻融环境信息进行处理，并通过串口通信与上位机进行数据交换，并且通过光电隔离设计保证系统稳定。上位机采用Labwindows/CVI软件编写用户界面并对来自下位机的监测数据进行处理、保存和显示在系统界面。该系统的其他部分，主要设计了主体试验箱，选取符合试验的屏蔽泵，冷热水箱等设备。
　　该系统以精确模拟混凝土空心砖的冻融环境为最终目标，在实验过程中能够保证试验温度和液位的稳定，并对温度、液位异常情况进行迅速处理并报警，在数天的实验过程中，通过智能化自动化控制，实时记录试验温度信息，节省人力物力。系统界面直观、简洁，方便实验人员进行操作和记录数据。
　　通过现场试验，根据国家标准对已知抗冻标号混凝土空心砖材料进行冻融试验，并计算得出该混凝土抗冻标号，与现有数据进行比对，确立该混凝土冻融试验设备的稳定性与可靠性，能够应用于现有混凝土抗冻试验，改善检测混凝土建筑材料的耐久性和准确度，同时间接提高了建筑的使用寿命和安全性，有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 混凝土抗冻性现状与存在问题的研究

1．2 混凝土空心砖材料冻融测试设备相关国家标准

1．3 本课题的提出及主要研究内容

1．3．1 课题的提出

1．3．2 主要研究内容

2 系统的总体方案设计

2．1 系统的设计要求

2．2 系统的总体方案

3 系统下位机的硬件设计

3．1 温度传感器

3．1．1 冻融环境对温度测量的要求

3．1．2 选取温度传感器

3．2 压力传感器

3．2．1 压力传感器的选取

3．2．2 压力传感器的原理和使用

3．3 A／D转换

3．3．1 A／D转换器的基本原理和主要技术指标

3．3．2 A／D转换器件的选取

3．3．3 AD7705在本系统的应用

3．4 系统的主控芯片：AVR单片机

3．4．1 AVR单片机简介

3．4．2 AVR单片机的选取

3．4．3 ATmega64在本系统中的应用

3．5 串口通讯与光电隔离

3．5．1 MAX232AESE模块的参数及特点

3．5．2 MAX232AESE模块的应用

3．5．3 MAX232模块的使用方法

3．5．4 光电隔离

3．6 系统下位机的整体电路板设计

3．7 系统下位机的其他硬件搭建

3．7．1 电磁泵

3．7．2 外置冷水箱制冷系统和热水箱制热系统的选用及配置

4 系统的下位机软件设计

4．1 AVR单片机的编程环境

4．2 AD7705的编程

4．3 DS18820温度采集模块的编程

4．4 液位数据的转换

4．5 系统下位机的主函数

5 系统上位机的软件设计

5．1 虚拟仪器的引入

5．2 Labwindows／CVI简介

5．3 冻融试验控制程序的编程

5．3．1 冻融循环控制程序的编程

5．3．2 液位调节子程序的编程

5．4 上位机串口通讯程序

5．5 监控画面设计

6 系统的调试与结果分析

6．1 系统现场联调

6．2 现场调试及实验结果分析

7 结论与展望

7．1 本文主要完成的工作与创新点

7．2 结论与展望

参考文献

9 攻读学位期间发表论文和获奖情况

致谢