基于rs-485总线的土工布渗透率测控系统

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1、基于RS-485总线的土工布渗透率测控系统 杨学昭  摘要：土工布在工程应用中，其渗透率是一项重要的参考性能指标。该系统通过RS-485总线连接上位机与89C52单片机(下位机)，实现了土工布水平渗透率的自动测控系统。下位机具有自动加压﹑水力梯度控制及渗透率计算功能。上位机与多个下位机通讯进行实时监测，并实现测试数据的报表打印、曲线绘制，提高了测量精度，减少了测试时间。关键词：土工布；渗透率；RS-485总线；单片机；测控系统中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1006-883X(200

2、3)02-0028-05    一、引言土工布是一种新型建筑材料，它综合了纺织、化工、塑料等行业的技术成就，具有防护、隔离、过滤及排水等功能，在国内外广泛应用于岩石及土木工程等领域。土工布种类较多，不同种类的土工布其性能指标及应用领域也不相同。在工程应用时，根据不同的环境﹑地质条件﹑工程结构及土工布在工程中的作用及其土工布本身的性能等因素，对土工布的品种及指标的选择有不同的要求，因此必须通过测试了解土工布的性能指标，供使用单位选用，达到合理使用土工布的目的。同时土工布的生产厂家也应通过测试，保证

3、产品的质量，生产出合格的土工布产品。土工布的性能指标主要包括物理学、力学、水力学等方面的指标，对于这些性能指标的测试，我国已制定相应的接近国际标准的测试标准[1]，这对我国土工布的推广应用起了很大的推动作用。但目前测试仪器普遍比较简单，测量误差大，技术含量较低，有些甚至完全人工操作，人为测量误差较大，没有应用到最新的测量手段及技术，这不利于土工布的合理选用。因此，有必要利用计算机及现代测量技术改造土工布的测试仪器。在土工布所有的性能指标中，水力学的指标更为重要，特别在排水工程应用中，必须充分考虑

4、土工布平面内渗透率。而其测试装置要求较高，测试过程复杂。我们于1999年承担了土工布平面内渗透率测试仪研制的河南省科技攻关项目，并已研制出了实现单台具有手动/自动测试功能的土工布平面内渗透率测试仪[2-3]。但由于土工布平面内渗透率测试需要选取试样多，测试数据量大，单台测试装置测试时间长（一周时间），这势必会因停电造成测试中途失败。而且，在测试过程中，需要人工更换试样，操作复杂。为此在原测试仪的基础上，我们采用RS-485通讯方式，实现对了对多台（6台）测试装置进行控制，使测试时间缩短至一天，并

5、由上位机实现测试参数的报表打印，绘制试验结果曲线，很好地满足了实际要求。 二、测试过程根据国标定义[1]：在规定的水力梯度和接触材料下，改变法向压力，测量土工布平面内单位时间的渗水量即为平面内的渗透率，即：q压力/梯度=式中：q压力/梯度—一定的压力和梯度下，土工布单位宽度的平面内水流量（m2/s）；V—集水器中收集水的体积（m3）；RT—水温修正系数（无量纲）；W—试样宽度（m）；t—时间（s）（集水器中收集水的体积V所需时间）。由于生产土工布的材料和厚度不同，应选取3或6块土工布试样进行测试

6、。每块试样应在三种压力（20kPa、100kPa、200kPa）﹑两个水力梯度（0.1、1.0）下（共6种测试状态）分别测试渗透值，在每个压力、梯度下，各测3次，再对3次测试结果取平均值，得到该土工布试样在此状态下的渗透率。最后所有试样测试完毕后，取相同测试状态下渗透率平均值，以此作为该土工布平面内渗透率的测试值。上式中，各参数取值分别为：V=0.5m3，W=0.2m，RT=1（实验温度为20oC）。因此，在不同测试状态下，只要测试出集水器水满时间（t），即可计算出该状态下一次渗透率的测试值。 

7、三、系统的组成该测控系统由3部分组成：测试装置﹑下位机﹑上位机，如图1所示。图中，因土工布测试的试样数需要3块或6块，所以下位机构成测控仪及控制的测控装置个数应为3的整数倍，本测控系统取6个。(1)测试装置主要用来放置试样，形成规定的水力梯度及加压装置和溢出水的收集，如图2所示。它由土工布的试样框、加压步进电机及传动装置、0.1梯度阀、1.0梯度阀、压力传感器、进水阀及集水器的排水阀等组成。在测试过程中，应保证水沿试样的截面内流过，其它与试样接触的部分不能漏水。因此上盖板与试样之间必须配合严密，

8、移动板能上下移动，由步进电机经传动装置驱动。(2)下位机采用89C52单片机，包含A/D转换接口、RS-485接口、微型打印机接口、并行输入/输出扩展接口等，实现对系统的检测、控制、数据处理、通讯、打印、显示及按键处理等功能，如图3所示。使用应变片式压力传感器检测压力值，通过步进电机控制加压装置，使压力保持在所需的恒定值。通过控制进水阀、0.1梯度阀、1.0梯度阀及集水器的排水阀等相应的电磁阀，满足测试过程的要求，用位置传感器检测水满信号。其中，对于输出信道中的步进电机和电磁阀的控制采用了光电耦