基于AT89S52的车载压实度检测仪设计

　　1 引言

　　压实度是指压实土的干密度与标准击实试验获得的干密度之比。在公路修筑中，路基、地基层、基层和面层都需要很好的压实，以达到一定的密实度，提高道路的承载能力，并防止沉陷、水分渗透等。而衡量路基压实质量的一个重要指标就是路基的压实度。通常，压实度每提高1％，基础承载能力就要提高10％。若是沥青混凝土路面，压实度每提高1％，承载能力和寿命可提高10～15％。压实工作的重要性显而易见。

　　目前施工或检测部门一直采用的是传统的人工抽样方法来保证压实质量，这种方法不仅费时费力，而且还将造成路基的破坏。随着交通运输量的迅速增大，公路建设进一步发展，施工部门对压实度的检测提出了更高的要求。传统的压实度测量方法已经不能适应现代的施工要求，因此，研制开发一种快速、无损、定量的压实度检测仪器迫在眉睫。

　　2 车载压实度检测仪的硬件设计

　　随着振动压路机压实工作的进行，土的密实度和弹性模量不断增加，土与压实轮之间的相互作用力也不断增大，所以压实轮的加速度幅值也在不断增大，从而可以通过检测加速度幅值变化间接测出路基的压实状况。车载压实度检测仪是一台在线实时压实度检测计。它主要

由以下几个部分组成：加速度传感器、电荷放大器、A／D转换、单片机、液晶显示器以及通过RS-232串行口与车载式压实度检测仪相连的外部PC机。系统硬件组成如图1所示。

　　2.1 单片机的选型

　　这里选用Atmel公司生产的AT89S52单片机，其CPU采用与MCS-51兼容的结构和指令系统。

　　AT89S52是一款带有8 kB可在线编程Flash存储器的低功耗、高性能8位CMOS微控制器。它采用Atmel的高密非易失存储制造技术并与工业标准的80C51指令集和引脚结构相兼容。片上的Flash存储器允许重复在线编程或通过传统的非易失编程器进行编程，省去了每次都要拔片烧片之烦。AT89S52还提供以下标准功能：8 KB的Flash存储器、256字节RAM、32根I／O引线、看门狗定时器、两个数据指针、3个16位定时器／计数器、一个六向量两级中断结构、一个全双工通讯端口、片内振荡器和时钟电路。上述这些功能可很好地满足系统硬件部分的设计要求。

　　2.2 A／D转换器的选择

　　ADC0809是8位A／D转换器。对于振动压路机来说，其振动频率在30 Hz～50 Hz，根据采样定理可知：若连续信号xa(t)是有限带宽，即fa是有界的，则采样频率fs＞2fa时的离散信号x(n)就确定了xa(t)。其中xa(t)的频率为fa，x(n)表示采样间隔为T的xa(t)的离散信号。参照实际工程应用系统的硬件资源，一般取fs=10fa。本系统振动压路机的振动频率范围在30 Hz～50 Hz，所以fa=500 Hz，即采样周期T=2 ms。而ADC0809完成转换大约需100μs，故能满足系统的要求。对于瞬时值响应的A／D转换器来说，所需的转换速率取决于所要求的转换和被转换信号的频率。在本系统中仅采集振动轮一路加速度信号，因此ADC0809可完全满足要求。

　　2.3 液晶显示模块

　　在FPD(Flat panel display)器件中，LCD以其轻、薄、小、耗电低等优点而一枝独秀。为LCD配置驱动电路，可构成液晶显示模块LCM(Liquid Crys-tal Module)。它的基本组成元件除LCD、驱动电路外，一般还有连接件、背光源等。液晶显示模块同系统中的其他电路一样，具有简单的接口，并提供丰富的控制显示的指令系统，为整机的开发节约了时间。

　　由于需要显示加速度变化曲线，故在此选择LCD点阵图形液晶显示模块。点阵式LCD的控制与驱动较复杂，随着大规模集成电路工艺的发展，现已有驱动电路芯片与控制电路芯片，还有的制作在液晶屏背面的线路板上，使LCD应用更方便。这里选用的是成都飞宇达实业有限公司提供的FYD12864-0402B液晶显示模块，其与AT89S52的接口电路如图2所示。

　　2.4 AT89S52与PC机串行接口

　　单片机输出为TTL电平，要与RS-232进行接口，应在单片机AT89S52与PC机的接口之间进行电平转换。一般采用相应的TTL电平转换器即可实现，常用的RS-232电平转换器件为MAXIM公司的MAX232。MAX232的电平转换电路如图3所示。其中，MAX232的11引脚和AT89S52的11引脚连接，MAX232的12引脚和AT89S52的10引脚连接，MAX2323的15引脚和AT89S52的20引脚连接。

  

参考文献:

[1]. RS-232 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS-232_584855.html.
[2]. AT89S52 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/AT89S52_970343.html.
[3]. MCS-51 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MCS-51_477840.html.
[4]. 80C51 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/80C51_103447.html.
[5]. ADC0809 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ADC0809_123186.html.
[6]. TTL datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TTL_1174409.html.
[7]. MAXIM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAXIM_1062568.html.
[8]. MAX232 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAX232_1074207.html.
[9]. MAX2323 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAX2323_1065095.html.