巖體力學性質測試是巖體力學性質測試技術中重要的一個環節，其目地主要是為巖體變形和穩定分析計算提供必要的物理力學參數 [1] 。本文通過設計一種基于ARM 的力學性質測試 系統，對巖塊力學性質測試的試驗數據進行自動化的測試、采集和分析，來準確預測巖體在 各種應力場作用下的變形與穩定性，進而為合理的工程設計提供巖體力學依據。

1 系統組成

系統是基于 S3C44B0X 處理器的嵌入式平臺，采用了μC/OS-II 作為操作系統。一方面系 統的設計必須滿足巖體力學性質測試的要求，一方面在嵌入式系統有限的資源上實現更多的功能。主要由數據采集，數據存儲，數據傳輸等幾部分組成，通過與巖體力學試驗儀器配合， 實時采集數據，并顯示數據，還可將試驗數據傳輸到上位機，進行進一步分析存儲。系統的基本結構組成如圖1 所示：

 
首先由力學試驗儀器測試巖體試件的力學性質，數據由儀器上的傳感器得到，然后由嵌入式的數據采集系統采集數據，通過LCD 顯示數據。同時為了在試驗中有效的保存數據， 擴展了系統的存儲單元。系統可以使用以太網或CAN 總線與遠端上位機通信，也可以通過 串口與上位機相連接，由數據處理分析系統對數據進行處理及畫圖，得到的實驗數據可以存儲、分析、打印。

2 系統應用軟件設計

系統的各個模塊，分別完成不同的功能，以 μC/OS-II 操作系統為基礎，通過任務調度， 實現數據采集、顯示、存儲和網絡傳輸各部分。總的設計原則是系統模塊化設計，各功能模塊之間相互獨立，接口盡量簡單，實現各個模塊的高內聚、低耦合，以便于系統的維護和進 一步擴展。

系統應用程序主要使用 C 語言及匯編語言編寫，完成功能有：（1）通過一個I/O 端口發 送試驗啟動信號；（2）通過系統自帶的ADC 對多路試驗參量進行實時數據的采集與轉換； （3）通過LCD 顯示界面，使用折線圖動態顯示參數曲線；（4）需要輸入數據時，讓處理器掃描鍵盤輸出輸入端口獲得輸入值，因此可以實時監控試驗進行過程，并進行相應的控制； （5）S3C44B0X 可以脫離上位機獨立進行試驗，也可以通過以太網或CAN 總線與上位機通 信，把試驗數據傳輸到上位機。程序具體實現是在操作系統中建立多個不同優先級的任務， 然后通過消息隊列和全局變量進行同步 [5] [6] 。主要程序流程圖如下：

上位機程序主要是基于 Delphi 語言編寫，上位機與試驗系統相連接，控制試驗儀器，獲取試驗數據，顯示試驗數據曲線，還可通過數據庫技術方便地查詢每組試驗數據，通過PC 機顯示界面對試驗數據結果文件進行對比。

3 系統測試

為了調試開發的實時數據采集分析系統的性能，連接巖體力學試驗儀器上進行了多次單軸壓縮、單軸拉伸、三軸壓縮、直接剪切等試驗。通過對三個壓力傳感器和兩個位移傳感器的相應模擬信號進行采集，記錄整個試件在試驗過程中的壓力、位移和變形等參量。

實例（三軸試驗( 力 -- 行程 )）：

3）通過網絡向上位機傳輸數據并顯示

試驗數據是在試驗過程中存儲到嵌入式系統中，同時可以傳輸到上位機。上級機可以利用存儲空間較大的優勢，存儲試驗歷史數據，并可以隨時顯示歷史數據。

上位機接收網絡數據如圖 4 所示。

4 結束語

該測試系統可以使巖體力學試驗從得出測量數據，畫出力學性質曲線，打印報表，到實驗數據的比較、分析、存儲的一系列過程自動化、智能化，使得巖體力學試驗測試和計算分 析系統能夠小型化，智能化，高效率的實現試驗中數據采集和分析的問題。并且具有低耦合、高內聚、可擴展、可移植、穩定性好、體積小和成本較低等良好特點。

本文作者創新點：（1）實現了一種實用的實時數據采集及分析系統。（2）移植了實時嵌入式 操作系統μC/OSII 到ARM7 平臺。（3）移植了TCP/IP 協議棧。