便携式智能应力应变测试仪的设计

　　在大坝建设过程中，安全监测不可忽视。在施工过程中，大坝边坡的测量数据主要依靠人工到野外传感器埋设地点一一测量来获取。因此，我们设计了一种体积小、重量轻、操作简单，性能可靠，测试精度达到国家相关部门标准的便携式测量仪器。

　　我们所设计的仪器是用于大坝安全监测的便携式智能测量仪器。它是以当前比较先进的 MCU 中央处理器为核心，扩展了外围接口电路、利用了人机交互技术、数据存储技术、通讯技术以及大坝边坡监测技术形成的一种新型的测量仪表。

　　该仪表有以下特点：①体积小、重量轻、便于携带;②能对多种传感器进行测量，测量精度高并能自动进行校准;③智能化程度高，具有日历时钟功能，能设置传感器的各种参数和初值，内置计算公式能实时的测量和计算出大坝的各项参数，具有较好的人机交互界面，操作简单;④能够存储大量测量数据和参数，测量数据可以方便地与PC 通讯并能将所测数据导入相应的数据库;⑤具有良好的低功耗技术设计，能适应水电建设工地的野外测量需要。

　　1系统概述

　　整个系统由 CPU 中央处理器、测量电路模块、LCD液晶显示器和键盘模块、USB 串口通信模块、FLASH数据存储器模块、日历时钟模块等组成。(见图 1)。

　　其中：CPU是系统的核心控制芯片。它控制测量电路选择多路开关，对 A/D 转换后的数据进行读入运算处理和存储，控制人机交互功能，控制系统与上位机的数据通讯，控制系统扩展的Flash 的读写，控制系统串行时钟芯片数据的读写。

　　测量电路能对三种传感器进行高精度的测量。液晶显示器和矩阵式键盘提供好的人机交互界面，可以设置传感器的各种参数和初值，实时显示测量结果和表征大坝安全的各项参数。

　　通讯模块负责实现 MCU 与计算机主机的通信，并将上传的数据转换为适合上层软件数据库的格式。

　　FLASH 用于存储测量数据和传感器各项参数及初值。实时时钟提供某次测量的具体时刻。

　　2系统功能

        便携式智能应力应变测量仪的各个模块的功能简介如下。

　　2. 1 MCU选择

　　我们选择了功能较强的 C8051F040 单片机作为系统的中央处理器。C8051F040MCU是完全集成的混合信号系统级芯片。它具有以下特点：

　　1)具有与 MCS-51 完全兼容的指令内核，采用流水线处理技术，指令执行效率高;

　　2) 内置 64KB 可在系统编程的 FLASH 程序存储器;

　　3)具有 4532(4K+256)字节的片内 RAM 和可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口;