基于PIC32的鐵路隧道監(jiān)測系統(tǒng)

一、引言

隧道的開采、施工和使用過程中，隧道圍巖變形是圍巖應(yīng)力分布、整體力學(xué)形態(tài)變化和穩(wěn)定狀態(tài)最直接和可靠的反映，圍巖凈空位移的測量是隧道施工過程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是判斷圍巖穩(wěn)定性和指導(dǎo)施工的重要依據(jù)。對(duì)隧道圍巖變形進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測和分析預(yù)報(bào)成為隧道施工中保證施工安全、防止事故發(fā)生、合理確定隧道支護(hù)的十分重要的工作。

傳統(tǒng)的隧道圍巖位移量測方法主要有兩種：一種是在施工過程中布置測量斷面，間隔一定的時(shí)間由人工使用各種機(jī)械式或機(jī)械－電子式收斂計(jì)量測；另一種是借助隧道斷面儀定時(shí)定點(diǎn)量測待測斷面。兩者的不足之處在于：

（1）不能實(shí)時(shí)監(jiān)測：即不能隨時(shí)監(jiān)測待測斷面的變形情況，因而不能及時(shí)反映施工過程中隧道圍巖的異常變化。

（2）對(duì)施工干擾大：由于變形量測中或者需要拉尺，或者需要架設(shè)斷面儀，所以對(duì)施工作業(yè)，尤其是運(yùn)輸作業(yè)干擾很大。

（3）量測工作危險(xiǎn)：在人員不易接近的地方，為了獲取量測數(shù)據(jù)，人員不得不頻繁接近危險(xiǎn)空間，因而對(duì)人員與儀器的安全威脅較大。

（4）量測費(fèi)用高：因同一斷面要多次反復(fù)量測，加之量測過程繁瑣，用人多，耗時(shí)長，導(dǎo)致量測費(fèi)用較高。

（5）量測數(shù)據(jù)不可靠：造成量測數(shù)據(jù)不可靠的原因主要是量電子和機(jī)械儀表的測量精度不夠和處理測量數(shù)據(jù)時(shí)造成的誤差。

由于以上五個(gè)主要缺點(diǎn)局限了傳統(tǒng)的隧道監(jiān)測技術(shù)，本系統(tǒng)采用PIC32處理器構(gòu)建鐵路隧道監(jiān)測系統(tǒng)，具有集成度高、處理速度快、實(shí)時(shí)監(jiān)測等優(yōu)勢。PIC32處理器工作頻率高達(dá)80MHZ，具有32位處理寬度、32K RAM、并帶有10位、500ksps A/D等性能，能夠減少產(chǎn)品的外圍器件，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)成本。

二、整體方案設(shè)計(jì)

用激光器光束、CCD進(jìn)行鐵路隧道施工中圍巖位移監(jiān)測原理示意圖2-1。由四部分組成：半導(dǎo)體激光光源及光束變換傳輸、CCD傳感器、數(shù)據(jù)采集采集處理傳輸模塊、支架（固定CCD）光傳感器與激光光源相對(duì)位置，包括微調(diào)節(jié)架等）。圖2-2為在施工工地上架設(shè)的圖片，圖2-3為在實(shí)驗(yàn)室搭建的模擬平臺(tái)。

圖2-1 鐵路隧道監(jiān)測原理示意圖

圖2-2 施工工地上架設(shè)監(jiān)測平臺(tái)

圖2-3 實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下所示，采用PIC32MX460F512L為核心處理器，整個(gè)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信。