專利名稱：建筑構件結構性能智能檢測儀的制作方法
技術領域：
發明涉及一種建筑構件性能檢測儀，尤其涉及一種利用荷重—形變檢驗建筑工程混凝土板、梁、柱等構件的結構性能智能檢測儀。
背景技術：
目前對建筑工程混凝土板、梁、柱等構件的結構性能檢測主要是手工計算試驗過程中的計算量，用機電百分表、傳感器來實現手動記錄，人為控制持荷時間，手動出報表。這種模式存在許多的弊病。在實際操作過程中，由于具體試驗人員的素質參差不齊，手工計算效率低下，在人為把握持荷時間和加荷量的情況下，時間上的大打折扣和加荷量的不準確使實驗質量大為下降。另外，試驗數據完全由人工記錄，這樣就很難確保所有的記錄數據都是準確可靠的，同時，試驗后再手動出報告也很大程度上降低了試驗人員的工作效率，還不能保證報告與試驗數據的一致性即報告的真實性。這其中摻雜進了過多的人為因素，往往會出現讀數不夠準確、持荷時間嚴重不足、出報表效率低下等這樣那樣的問題，直接導致檢測質量的下降。
發明內容
為了解決上述的對建筑工程混凝土板、梁、柱等構件的結構性能檢測的方式存在著投入人工工作量大、檢測數據誤差大、檢測速度慢、效率低的問題，本發明的目的是提供一種以微控制器為核心來保障試驗采集數據準確可靠的構件結構性能智能檢測儀，完成整個檢測過程中的數據計算及進度控制、分析檢測結果；同時還實現了檢測報告的自動編制與電子化管理，大大簡化了試驗過程中人工計算與控制的工作量。
本發明的技術方案是以下述方式實現的一種構件結構性能智能檢測儀它主要是由微控制器為主要硬件構成的儀器，與微控制器連接有液晶屏用于顯示整個試驗流程的參考信息、按鍵用于用戶交互、時鐘芯片用于提供時間基準、多路轉換芯片用于以輪詢方式采集各個通道的位移數據、FLASH存儲芯片用于存儲試驗數據與標準數據庫、SRAM存儲芯片用于數據暫存，其中a.以輪詢方式通過多路通道讀取各個數字位移計，并且自動判斷各個通道是否連接，實時反映位移計連接情況的變化；b.可通過串口與上位機連接，實現標準圖集數據庫的更新或在線更新程序的功能；c.采用FLASH存儲器，將其劃分為多個分區，實現多次檢測數據的保存和標準圖集數據庫的存儲；d.采用嵌入式軟件實現內嵌標準圖集參數數據庫的讀取、更新操作；接收顯示百分表數據；進行參數與檢測數據的計算處理與存儲；對按鍵事件作出反應，進行相應操作；控制流程，過程中信息的顯示與圖形的繪制，提供了友好的操作界面；將試驗中的各項參數與檢測數據通過自定義的記錄存儲系統完整的存儲；與上位機之間的數據通訊，還具有在線更新程序的功能。
所述的微控制器采用了8位微控制器W78E516，W78E516內含64KB APROM用于存儲應用程序和4KB LDROM用于存儲控制在系統編程操作的程序。
所述的微控制器外部進行了數據存儲器的擴展，擴展了兩個芯片SRAM62256和AT29C020；其中，AT29C020是256KB的FLASH芯片，用于試驗數據的保存、內嵌標準庫的保存，可以存儲15次完整的構件試驗的檢測過程數據記錄，以及5份構件檢測標準圖集的數據，AT29C020通過劃分為幾個區塊分別進行訪問。
P1.0用于高32K數據地址空間的分配，高電平時高32K數據地址空間由AT29C020占用，低電平時由時鐘芯片、液晶屏、8255等部件占用。
P1.4-P1.7口控制在高32K數據地址空間由AT29C020占用時，AT29C020中的哪一個32K區塊來作為當前區塊占有高32K數據地址空間。
所述的微控制器外部進行了數據存儲器的擴展，擴展了兩個芯片SRAM62256和AT29C020，SRAM62256用于系統運行過程中的暫存；AT29C020是256KB的FLASH芯片，用于試驗數據的保存、內嵌標準庫的保存，存儲15次構件試驗的數據記錄和5份標準圖集的數據，AT29C020的片選線連接到地址線最高位MA15，地址空間為0x8000-0xffff；AT29C020需要通過片選線將其分為8個32KB的區塊分別進行訪問。
本發明的發明點在于1.內嵌有用于試驗對象具有自行設計的記錄存儲系統的標準圖集檢測參數數據庫，可自動調出待檢型號構件的試驗參數，內嵌標準庫可與上位機聯機實現在線式更新；2.根據通過用戶交互選取的參數自動計算出控制構件結構性能試驗加載過程的各項數據，控制整個試驗流程。
本發明的積極效果是構件結構性能智能檢測儀用數字位移計保障試驗采集數據的準確可靠，用智能化分析軟件代替手工計算，輔以內嵌的標準圖集檢驗參數數據庫，完成整個檢測過程中的計算及進度控制、分析檢測結果；同時還實現了檢測報告的自動編制與電子化管理，大大簡化了試驗過程中人工計算與控制的工作量，同時由于人為干擾的減少，可有效提高檢測的可靠度與準確度。
圖1為本發明儀器面板與傳感器連接示意圖；圖2為本發明的系統整體框架圖；圖3為硬件系統連接框圖；圖4為本發明微控制器端口連接示意圖；圖5為外擴數據存儲及其與微控制器連接示意圖；圖6為本發明的數據存儲空間地址分配的硬件實現電路圖；圖7為本發明數據存儲空間的地址分配示意圖；圖8為本發明的標準圖集參數庫的存儲結構示意圖；
圖9為嵌入式軟件功能框圖；圖10為本發明嵌入式軟件中獲取下一個可用的型號名稱的流程圖；圖11嵌入式軟件中遍歷讀取標志長度可選值的流程圖；圖12為本發明嵌入式軟件中從上位機下載一份標準圖集參數數據的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明。
由圖1可以看出儀器采用四個通道的接口與采集形變信號的數字位移計連接。
如圖2的系統整體框架圖所示，構件結構性能智能檢測儀用數字百分表獲取試件形變量，顯示并向檢測儀傳輸，用智能化分析軟件輔以內嵌的標準圖集參數數據庫，完成整個檢測過程中的計算及進度控制、分析檢測結果；上位機軟件接收檢測儀上傳數據并存儲，具有數據管理、報表打印功能，可對檢測儀內嵌標準庫維護更新。
如圖3硬件系統框架結構圖所示，硬件設計上，以微控制器為核心，通過多路轉換采集各個通道的位移數據，采集鍵盤輸入實現用戶交互，從時鐘芯片獲得時間基準，信息在液晶屏上實現顯示，將數據存儲于FLASH存儲器上，并可通過串口與上位機連接，實現數據上傳、標準檢驗參數庫更新，同時有如下特點a.以輪詢方式通過多路通道讀取各個數字百分表，并且自動判斷各個同時是否連接，可以實時反映新添加的百分表數據；b.可通過串口與上位機(PC機)連接，可以實現標準圖集數據庫的更新，還具有在線更新程序的功能；c.采用FLASH存儲器，將其劃分為多個分區，實現多次檢測數據的保存和標準圖集數據庫的存儲。
由圖4可以看出系統的微控制器采用了華邦公司的8位微控制器W78E516，其屬于8051單片機系列。W78E516內含64KB APROM用于存儲應用程序和4KB LDROM用于存儲控制在系統編程操作的程序，其端口連接關系如圖5所示P1.0用于高32K數據地址空間的分配，高電平時高32K數據地址空間由AT29C020占用，低電平時由時鐘芯片、液晶屏、8255等部件占用。P1.4-P1.7口控制在高32KB數據地址空間由AT29C020占用時，AT29C020中的哪一個32K區塊來作為當前區塊占有高32K數據地址空間。
W78E516可應用在系統編程技術即ISP，可以依據系統環境和需要，通過軟件控制，實現系統遠程升級和調試，提高產品的適應性。
由圖4還可以看出微控制器外部進行了數據存儲器的擴展，擴展了兩個芯片SRAM62256和AT29C020，其端口連接關系如圖5所示。
由圖4、圖5還可看出SRAM62256用于系統運行過程中的暫存。AT29C020是256KB的FLASH芯片，用于試驗數據的保存、內嵌標準庫的保存等等，可以存儲15次構件試驗的數據記錄和5份標準圖集的數據，這個存儲量對于檢測儀的正常使用環境來說已經足夠了。AT29C020的片選線連接到地址線最高位MA15，因此其地址空間為0x8000-0xffff。因為0x8000-0xffff只含32KB，AT29C020需要通過片選線將其分為8個32KB的區塊分別進行訪問。
由圖6可以看出程序地址空間為64KB，0x0000-0xffff，全部由微控制器W78E516的內部程序存儲器占用。
數據存儲空間為64KB，0x0000-0xffff，其空間分配的硬件實現電路如圖6所示，空間分配邏輯示意圖如圖7所示SRAM62256的片選線連接到地址線最高位MA15，占用了64KB數據地址空間中的0x0000-0x7fff共32KB空間。
0x8000-0xffff的高32KB空間由AT29C020、8255、液晶屏、時鐘芯片共享。P1.0(SEL_DMEM)用于高32K數據地址空間的分配，高電平時高32K數據地址空間由AT29C020占用，低電平時由時鐘芯片、液晶屏、8255等部件控制。8255、液晶屏、時鐘芯片通過74HC139將MA14、MA13譯碼完成地址分配。而液晶屏的數據、控制端口通過MA8來加以區分。
另外，因為0x8000-0xffff只含32KB，AT29C020需要通過片選線微控制器端口P1.4-P1.7將其分為8個32KB的區塊分別進行訪問，其中P1.7是備用，便于將來系統需升級時直接用AT29C040代替AT29C020實現存儲量翻番。
由圖8、圖9可以看出軟件設計上，嵌入式軟件實現了內嵌標準圖集參數數據庫的讀取、更新操作；接收顯示百分表數據；進行參數與檢測數據的計算處理與存儲；對按鍵事件作出反應，進行相應操作；控制流程，過程中信息的顯示與圖形的繪制，提供了友好的操作界面；將試驗中的各項數據通過自定義的文件系統完整的存儲；與上位機之間的數據通訊，還具有在線更新程序的功能。
上位機軟件接收檢測儀上傳數據并存儲，具有數據管理、報表打印功能，可對檢測儀內嵌標準庫維護更新。
由圖8可以看出參數數據庫記錄存儲體系的實現，即將存儲空間劃分為多個分區，第一個分區作為主分區。每個分區內劃分有多個頁面。主分區的第一個頁面存儲基本信息，包括存儲的圖集數量和每個圖集的標識，并且指向由主分區其他頁面保存的各個圖集的型號列表，每個頁面保存一個圖集型號列表，而每個圖集的型號列表頁面又指向該圖集對應的其他分區，每個分區存儲1-2個圖集參數數據中由某一個頁面保存的該型號參數的詳細記錄，從而建立起一個樹型的存儲結構，實現了圖集參數庫的存儲與相關操作。
由圖10可以看出利用內嵌標準圖集庫進行輔助參數輸入的操作是以根據用戶輸入，獲取下一個可用的型號名稱的流程為例先選取FLASH存儲芯片上圖集匯總信息的存儲區域(32KB)，將地址指針指向該圖集的構件型號名稱列表區段的存儲地址，根據當前調整項為長度或是寬度，查詢調整方向是向前或向后，獲取上或下一個可用的標志長度或寬度序號，由此得到由長度、寬度組成的型號名稱；遍歷型號表，如果該型號不存在，調整寬度值為下一個可用值，重新根據標志寬度的序號取得其字符名稱。
由圖10、圖11可以看出根據型號名稱獲取對應的檢測參數的過程是以當前圖集序號、當前鋼筋類別、構件型號與等級為參數調用子程序，確定FLASH存儲芯片上圖集匯總信息的存儲分區，換算出當前鋼筋類別、當前構件型號與等級的檢驗參數的存儲位置，讀取各檢驗參數并賦值給相應的全程變量用于刷新檢驗參數輸入界面。
由圖12可以看出標準圖集庫下載更新是以從上位機下載一份標準圖集參數數據為例，實現握手協議以后，先接收一個存儲區段的圖集構件型號表的數據，將圖集構件型號表的數據寫入存儲體的合適位置并校核寫入數據的正確性；每個圖集有多個鋼筋類別，對一個特定鋼筋類別，逐一遍歷各個型號，只要未遍歷完，就獲取下一個型號編號，完成請求應答過程后下載一個型號的檢驗參數并存儲至相應的存儲區段，并在液晶屏上顯示傳輸進度。
權利要求
1.一種建筑構件結構性能智能檢測儀它主要是以微控制器為主要硬件構成的儀器，與微控制器連接有液晶屏用于顯示整個試驗流程的參考信息、按鍵用于用戶交互、時鐘芯片用于提供時間基準、多路轉換芯片用于以輪詢方式采集各個通道的位移數據、FLASH存儲芯片用于存儲試驗數據與標準數據庫、SRAM存儲芯片用于數據暫存，其特征在于a.以輪詢方式通過多路通道讀取各個數字百分表，并且自動判斷各個同時是否連接，實時反映新添加的百分表數據；b.可通過串口與上PC位機連接，實現標準圖集檢驗參數數據庫的更新或在線更新程序的功能；c.采用FLASH存儲器，將其劃分為多個分區，實現多次檢測數據的保存和標準圖集檢驗參數數據庫的存儲。d.采用嵌入式軟件實現內嵌標準圖集檢驗參數數據庫的讀取、更新操作；接收顯示百分表數據；進行參數與檢測數據的計算處理與存儲；對按鍵事件作出反應，進行相應操作；控制流程，過程中信息的顯示與圖形的繪制，提供了友好的操作界面；將試驗中的各項參數與檢測數據通過自定義的記錄存儲系統完整的存儲；與上位機之間的數據通訊，還具有在線更新程序的功能。
2.根據權利要求1所述的建筑構件結構性能智能檢測儀其特征在于微控制器采用了8位微控制器W78E516，內含64KB APROM用于存儲應用程序和4KBLDROM用于存儲控制在系統編程操作的程序。
3.根據權利要求1或2所述的建筑構件結構性能智能檢測儀其特征在于微控制器外部進行了數據存儲器的擴展，擴展了兩個芯片SRAM62256和AT29C020；SRAM62256用于系統運行過程中的暫存；AT29C020是256KB的FLASH芯片，用于試驗數據的保存、內嵌標準庫的保存，AT29C020的片選線連接到地址線最高位MA15，地址空間為0x8000-0xffff；AT29C020需要通過片選線將其分為8個32KB的區塊分別進行訪問；可以存儲15次完整的構件試驗的檢測過程數據記錄，以及5份構件檢測標準圖集的數據。
4.根據權利要求3所述的建筑構件結構性能智能檢測儀其特征在于通過微控制器的P1端口控制高32KB數據地址空間的分配，高32KB數據地址空間或者由AT29C020占用，或者由時鐘芯片、液晶屏、端口擴展芯片8255三個部件共同占用；以及高32K數據地址空間由AT29C020占用時，AT29C020中的哪一個32KB區塊來作為當前區塊占有高32KB數據地址空間。
全文摘要
一種建筑構件結構性能智能檢測儀它主要是由以微控制器為主要硬件構成的儀器，與微控制器連接有液晶屏、按鍵、時鐘芯片、多路轉換芯片、FLASH存儲芯片、SRAM存儲芯片；接收顯示百分表數據；通過內嵌的用于試驗對象的標準圖集參數數據庫可自動調出待檢型號構件的試驗參數，采用嵌入式軟件實現內嵌標準圖集參數數據庫的讀取、更新操作；根據通過用戶交互選取的參數可自動計算出控制試驗加載過程的各項數據，控制整個試驗流程；進行參數與檢測數據的計算處理與存儲；對按鍵事件作出反應，進行相應操作；過程中信息的顯示與圖形的繪制，提供了友好的操作界面；將試驗中的各項數據通過自定義的記錄存儲系統完整的存儲；與上位機之間可進行數據通訊。
文檔編號G01M99/00GK1920516SQ20061010704
公開日2007年2月28日 申請日期2006年9月14日 優先權日2006年9月14日
發明者王霆, 劉宏奎, 劉新生, 欒景陽, 劉付林, 馮勇, 曹偉, 張永利 申請人:河南省建筑科學研究院有限公司
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