基于AVR单片机的路基温度采集系统研究与设计

更新时间：2020-02-10 10:47:44 大小：5M 上传用户：守着阳光1985 查看TA发布的资源 标签：AVR单片机 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

在多年冻土和季节性冰冻寒区,公路质量不仅与其修建质量有关,还与路基强度有关。含水量和温度变化决定着路基结构的强度和稳定性,其中温度是土体中水分迁移的动力和水分发生相变的重要条件,分析路基中温度的分布和变化规律,是研究季节性冰冻地区水泥或沥青混凝土路面稳定性的基础。因此开展能够自动、连续获得寒区公路路基温度在冻融期内变化规律的路基温度采集系统,将为寒区公路路基稳定性评价及公路设计施工提供依据,具有重要的经济和科学意义。

针对路基温度的多通道自动检测需求,提出了上下位机通讯的路基温度采集系统。上位机用LabVIEW编写数据采集系统,通过串口通讯与下位机实现参数设置和数据采集。下位机采用Pt100为温度传感器,采用74LS138和74HC4051设计了多通道拓展方案,以ATmega16A为MCU,通过SPI总线与AD采集模块AD7709和存储模块AT45DB041D通讯,通过I2C总线连接PCF8563时钟模块,通过MAX3232实现串口通讯,通过电源模块将电池电压转为3.3V给系统供电,并在AltiumDesigner完成硬件电路原理图和PCB板的设计,实现了128通道的路基温度采集系统硬件设计。

下位机采用休眠—中断的工作模式实现低功耗,用C语言在AVRStudio中设计了时钟模块、多通道选择模块、AD采集模块、数据存储模块、电源检测模块、中断服务模块,通过自定义的串口通讯协议,与上位机管理程序LabVIEW实现系统初始化、时钟参数设置、报警设置、存储器数据读取和清除等功能,并通过实验对软件和硬件系统进行了调试和完善。

为了实现路基温度的预测功能,在路基温度检测与预测上提出用人工神经网络的时间序列NAR网络模型建立路基温度的预测模型,实现路基温度变化规律的预测,实验表明所建预测模型的最大相对误差达到0.443％,具有较好的预测精度。

该系统经调试验证结果表明其测量误差满足设计要求,具有成本低、可采集面积大、用户操作性好、使用方便、可扩展性强等优点,可以在路基尤其是冻土地区路基高效准确地实现多通道的数据采集。长期野外工作证明本测量系统可长期稳定可靠工作,不仅可以实现对路基温度的多通道采集,也可以将此系统应用于其他工业现场采集温度数据。