粘土渗透性能测试系统研究

摘要

海洋资源与海洋空间的开发和利用日益引起国内外的高度重视。为适应这一新变化，近年来，随着我国经济的迅猛发展，国家在沿海地区进行了大规模的港口建设。我国东南沿海、环渤海以及部分内陆地区广泛分布着粘土土质。在对港口土质的特性没有深入了解的情况下进行工程设计与建设，将会造成地基失稳，以致带来巨大的生命和财产损失。粘土的渗透性参数是保证设计施工方案安全可靠和经济合理的重要指标。因此，为配合港口工程设计与建设，必须进行粘土渗透性能试验研究。
　　不同于传统的渗透性能试验，本文基于LabVIEW虚拟仪器技术开发平台，构建了粘土渗透性能测试系统，应用于规模化的渗透性试验。该系统由压力传感器、单片机、串口通讯和计算机等组成。试验中会有多个试管并排排列，采用放置于试验试管底部的压力传感器将压力信号转化为电信号，再通过A/D转换器件将模拟信号转换为数字信号，经过ATmega8单片机进行处理实现数据的集中采集。同时，采集单片机通过RS-485总线与主控单片机ATmega64相连。主控单片机上设有键盘模块和液晶显示模块以实现对各个采集装置的显示和操作控制。主控单片机内通过软件编程将压力数据转换为液位数据，并通过串口通讯与上位机PC相连。上位机采用虚拟仪器开发平台LabVIEW软件编程生成友好的人机交互界面，实现数据实时采集与分析、历史数据的储存与查询等系统功能，并由达西定律推导公式计算得到粘土的渗透系数。
　　试验表明，该系统稳定可靠，相对于传统的渗透试验装置大大提高了效率，可应用于大规模的渗透试验，为工程建设提供有效数据参考。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．2 粘土地基的研究现状

1．3 课题研究的意义与主要内容

1．3．1 课题研究的意义

1．3．2 课题研究的主要内容

2 渗透试验的原理

2．1 达西定律

2．2 渗透系数的测定

2．3 渗透试验装置及操作步骤

2．4 系统对传统渗透试验的改进

3 系统的总体设计

3．1 设计思路和整体框架

3．2 系统软硬件选择原则

4 系统硬件设计

4．1 传感器的选择

4．1．1 传感器的选择原则

4．1．2 压阻式传感器简介

4．1．3 154N传感器

4．2 信号调理电路的设计

4．2．1 A／D转换器的主要技术指标

4．2．2 A／D转换器的选定

4．2．3 A／D转换器外围电路的设计

4．3 控制电路的设计

4．3．1 AVR单片机简介

4．3．2 采集装置中单片机的选择

4．3．3 主控单片机的选择

4．3．4 主从单片机之间的通讯

4．4 键盘模块的设计

4．4．1 键盘电路驱动芯片

4．4．2 键盘电路的设计

4．5 显示模块的设计

4．5．1 显示模块电路驱动芯片

4．5．2 显示模块电路的设计

4．6 时钟／日历芯片的设计

4．7 电源模块的设计

4．8 PCB制版过程介绍

5．系统软件设计

5．1 单片机程序设计

5．1．1 AVR单片机的编程环境

5．1．2 AD7705的编程

5．1．3 液晶显示部分的编程

5．1．4 键盘模块的编程

5．1．5 主控芯片的编程

5．2 上位机程序设计

5．2．1 虚拟仪器概述

5．2．2 LabVIEW的特点及优势

5．2．3 单片机与PC串口通讯程序的编写

5．2．4 上位机用户界面的功能介绍

6 抗干扰技术

6．1 工业现场的干扰源及其产生的后果

6．2 硬件抗干扰技术

6．3 软件抗干扰技术

7 试验结果与分析

7．1 试验步骤及结果

7．2 试验结果分析

8 结论

9 展望

参考文献

11 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢