专利名称：混凝土强度跟踪监测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑技术领域。
背景技术：
上个世纪五十年代，英国学者绍尔提出了“成熟度”的概念，并认为只要是成熟度相同的混凝土，其强度也是相等的。
后来，研究者所用的公式各异，造成“成熟度”无统一的量纲，给应用造成了不便甚至造成错误，经过大量的试验，即使同样的成熟度，但在不同的温度养护段上养护的混凝土强度，是不同的。后来，人们对成熟度采取限制政策，即把成熟度应用范围限制在相对强度60％以内，温度限制在0℃～50℃之间，或者把成熟度方法限定在冬期蓄热法施工范围之内。实质上关于成熟度理论研究工作出现了危机。
“成熟度危机”出现在温度影响成熟度或者说影响混凝土强度的原因，是人们忽视了这样一个事实温度与成熟度之间的关系不是线性的，其影响是多维的、复杂的，然而，还是有规律可循的，于是，成熟度与混凝土强度的关系，便在绍尔的准则下，重又通行起来。
目前，据查新资料显示，有以下几种混凝土强度测量装置1、混凝土成熟度监测仪CY-2，简称沈阳CY-2，该装置与“混凝土强度跟踪监测仪”不同之处是a、所用数学模型不同，CY-2所用的是古典成熟度理论，因此，限制了其使用范围，只能用与冬期施工的蓄热法。
b、CY-2只能检测成熟度值，仪器本身不能直接检测混凝土强度。
该CY-2装置是沈阳铁路分局建筑工程总公司研制，发表在1994(6)《混凝土》杂志上。
2、直测式锚喷巷道混凝土强度监测仪，该装置是一种机械式装置，只能用于锚喷工程上，对于普通建筑工地无法应用。
3、新型功能强度监测仪SHJ-40，它是由三点支撑底盘，穿心式千斤顶，手摇泵及测力装置所组成，是机械装置。
4、COMA-METER成熟度测试仪，它是用一个装有蒸发过程完全符合啊赫纽斯方程式的液体毛细管来计算成熟度，液体以一定速率蒸发，这一速率由温度与时间决定，由该仪器液体高度定量。该仪器只能测量成熟度，不能直接测到混凝土的强度。该仪器发表在欧美大地仪器设备中国有限公司出版的《无损检测仪器专集》中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种建立在新的混凝土成熟度的数学模型基础上，对监测更为准确地混凝土强度跟踪监测仪。
本发明的技术方案如下混凝土强度跟踪监测仪的数学模型f＝a〖∑Ki(Ti+10)ti〗b式中a、b为回归系数，与水泥品种有关；Ti为混凝土养护温度(℃)，准确到1℃；
ti为Ti下的时间(d)；10为计算常数，根据水泥最低水化温度确定的。
Ki为温度影响系数M1回归系数与水泥品种有关
Ti是混凝土养护温度，适用范围是-10℃～105℃。
ti在养护温度Ti下的延续天数，范围是0～7300天。
Ki是温度影响系数，其数学模型是Ki＝n-1∑M20jMij-1每一T值对应一个K值，共有116个。
式中M20j为I温度下各分项在温度20℃情况下的成熟度；Mij为I温度下各分项的绍尔成熟度(Ms)；n为j项总项数。
数学模型括号中Ki(Ti+10)ti为新成熟度M1。其定义是新成熟度是养护温度及其影响系数和养护天数三者乘积的代数和。其适用范围0＜M1≤2.19×105℃·d。
Ki，Ti，ti代号意义同1条。
本发明的硬件框图设计是由MCU直接控制并口芯片，再传递数据给打印机，MCU通过通道地址锁存芯片74L373锁存片外RAM存储器低8位地址，高5位直接由MCU的P2口低5位扩展，可寻8K字节片外地址，MCU的P1的8个I/O口直接交叉构成4×4阵列键盘，MCU的读写控制总线、数据总线接硬时钟相应引脚，LCD的数据总线、控制总线与MCU的相应引脚直接连接；现场温度采集单元设有8个通道，每个通道可在一条三芯屏蔽电缆上接8个数字温度传感器，现场单元通过远程驱动模块与MCU通讯数据。
本发明的电路设计是并行接口芯片8255的数据口D0-D7与MCU的PO0-PO7直接相连，作为数据总线，8255的RD与MCU的RD，8255的WR与MCU的WR分别连接做为控制总线，PA0-PA7与打印机数据总线直接连接；地址锁存芯片74L373的PO0-PO7接MCU的PO0-PO7，由MCU的ALE脚连接74L373的ALE脚；MCU的PO0-PO7口作为低8位地址总线，P20-P24作为高5位地址总线，总共13条地址总线，可寻址连续片外地址，以分配给8K字节存储器；时钟芯片12B887的AD0-AD7连接MCU的PO0-PO7，DS脚连接到MCU的RD脚，RW连接到MCU的WR上，片选CS连接到74L138的Y2；MCU的RXD脚连接到R1的12脚，TXD连接到T1的11脚；
片外数据存储芯片6264的A0-A7连到74L373的Q0-Q7作为低8位地址总线，A8-A12直连到MCU的P20-P24作为高5位地址总线，D0-D7直连到MCU的P00-P07上，作为数据总线；将MCU的P25-P27三根线直连到地址译码器74L138的1到3脚上，作为地址信号源，从输出口Y0-Y7线译出8个低电平信号，作为各外围器件的片选信号；LCD显示器的控制器为T6963，WR、RD及8位宽D0-D7数据总线，分别直连到MCU的WR，RD及P0-P7管脚上。
本发明的有益效果是1、使用本仪器的混凝土养护条件可以任意选择可用于冬期施工，可用于高温蒸汽养护，可用于标准养护，也可用于常期自然养护。
2、我们的新成熟度理论，是一个全新概念，引入一个能反映水泥水化速率的温度影响系数，使成熟度准则再度复生即新成熟度的应用，进入了全新的、全方位阶段，其温度适用范围在-10℃～105℃；其强度范围适用在0％～300％，这是任何现存成熟度理论所没有的。
3、混凝土成熟度跟踪监测仪，对于水泥等级，混凝土强度等级，配合比，骨料条件，水灰比，掺加外加剂和掺合料与否，均不做任何限制，适用性极强。
4、混凝土强度跟踪监测仪所测结果是通过左右水泥水化的温度与时间计算而得，不同于间接测得的强度值，所以，精确度很高。
5、由于混凝土强度跟踪监测仪直接读数，不用通过试块试压，节省了同条件养护的大量试块留取和试压。目前，施工现场留取试块极不规范，甚至于有弄虚作假的现象(这一点是不容忽视的现实)。总之，对决定混凝土强度的试压法所产生的不利因素，使用本仪器将得到改善或者避免。
6、本仪器就其实质来说，是一台自动计算机。对于实现建筑施工现代化、网络化、具有巨大的现实意义。
7、本仪器不仅仅是监测强度的，同时，还可以用它提供的参数，推算28d标养强度，对于有事故的工程，可以查明其早期强度，帮助查明事故原因。利用新成熟度M1可以指导构件厂各类养护窑体的设计。
8、更重要的一点是，新成熟度可以统一“成熟度”语言，一改成熟度研究的混乱状态。
9、经济效果也很好，仅就一个大中型预制厂和施工现场而言，每年可以节省大量的试块及其试验费用50000～70000元。
图1是本发明的系统框图；图2是本发明的主机电路图；图3是本发明外部晶振单元电路图；图4是本发明直流电源输入、滤波单元电路图；图5是本发明主机单元与LCD接口线路图；图6是本发明上电复位、手动复位和看门狗电路图；
图7是本发明4×4键盘矩阵电路图；其中MCU为中央处理单元、RAM为存储器、LCD为显示器、CH为温度采集单元；R为电阻、C为电容。
具体实施方式
1、中央处理单元模块关系由MCU8031系列芯片作为主板上的中央控制处理单元，外围用相应逻辑器件扩展为单片机的大模式系统。
(1)CPU与打印机由CPU直接控制并口芯片8255，在软件控制下，由8255传递数据给打印机，完成打印任务。
(2)CPU与RAM存储器CPU通过通道地址锁存74LS138锁存低8位地址，高5位直接由CPU的P2口低5位扩展，可寻8K字节片内地址。
(3)CPU与键盘CPU的P18个I/O口直接交叉构成4×4阵列键盘，由软件进行键盘号的识别。
(4)CPU与硬件时钟硬件时钟为DALLAS12B887，可由CPU的读写控制总线，数据总线直接连接相应引脚。在软件驱动下，进行日期存取，需要保护的数据的掉电前后的存取。
(5)LCD显示器与CPULCD的数据总线是WR、RD控制总线与CPU的相应引脚有直接连接，在软件的驱动下，显示需要的界面信息。
以上打印机，RAM存储器，LCD显示器及时钟芯片都由74LS138译码器产生的低电平片选信号进行片选。
2、现场单元现场单元采用北京长英公司的LTM8002系列模块作为温度采集单元。现场单元有8个通道，每个通道可在一条三芯屏蔽电缆上接8个温度传感器，共计64个温度传感器。
现场单元与中央处理单元之间用北京长英公司的RS485模块LTM8520驱动。
中央处理单元采用长英公司LTM8002系列模块的标准通讯协议进行远程控制与数据通讯。在现场单元与中央处理单元之间的485总线，仅用二芯屏蔽电缆连接。
本电路图系统为典型的8051系列单片机扩展系统。
(1)、并口芯片由并行接口芯片8255作为微型打印机接口、指示灯和蜂鸣器的离散信号的输入输出桥，8255数据口D0-D7与MCU的P0-P7直接相连，作为数据总线，8255的RD与MCU与RD，8255的WR与MCU与WR分别连接作为控制总线，PA0-PA7与打印机“busy”线输入口的检测忙状态口，PC4作为模拟触发信号，触发打印机动作。PC6口低电平点亮指示灯PC7高电平触发蜂鸣器。在8255驱动程序控制下，由MCU通过数据总线P00-P07和控制总线RD，WR传输打印数据和报警指令，片选线由74L138Y0的15脚产生，片内4个寄存器由8255的A0，A1与74L373的Q0，Q1连接，由低二位地址信号Q0，Q1寻址。
(2)、锁存芯片74L373作为MCU的低8位地址线锁存芯片，即MCU的P0-P7直连到74L373的P00-P07，由MCU的ALE脚连接到74L373的LE(11脚)引脚上来，控制锁存使能，使MCU的P0口可以分时作为数据和地址总线。
(3)、中央控制芯片MCU的P00-P07口作为低8位地址总线，并分时作为数据总线(8位宽)。P20-P24作为高5位地址总线，总共13条地址总线。可寻地址213≈8K连续片外地址，这些地址可分配给8K字节外存储器来使用。
(4)、时钟芯片时钟由DALLAS12B887作为系统硬时钟，可产生年/月/日时/分秒以及时钟中断，并可由片内电池存储软件指定的关键参数，以备掉电保护，AD0-AD7连接到MCU的P00-P07上，分时作为数据和地址总线，DS(17脚)连接到MCU的RD(17脚)上，作为读控制总线，RW连接到MCU的WR上，作为写控制总线，片选CS连接到74L138的Y2(13脚)，低电平有效。硬件时钟所有功能由软件驱动实现。本系统时钟地址为5FCOH-5FFFH。
(5)、键盘构成由MCU的P1口构成4×4矩阵键盘阵列，P10-P13由上拉电阻拉为高电平，P14-P17由软件置为低电平，当有键按下时，低电平信号会经由与门74L21以低电平输出作为外部中断信号，由6脚连接到MCU的13脚的INT1，产生的低电平信号可进入MCU的外部中断X1向量表，进入X1向量表的中断，作为键盘中断扫描识别程序的入口。
(6)、看门狗芯片由MAX706作为看门狗芯片，RES(7脚)连接到反相器74BC14的1脚，反相输出由2脚连接到8255的36脚，可在程序失控的情况下，因自身计数超时，重新启动系统，并同时可用于上电复位。
(7)、串行口芯片串行口RS232的驱动芯片为MAX232，可实现TTL电平到RS232电平的转换，本系统中仅用本芯片中的一路来传输转换数据，MCU的RXD连接到R1(out)(12脚)，TXD连接到T1(in)的11脚。
(8)、片外数据存储器芯片芯片6264作为片外数据存储器芯片，A0-A7连到74L373的Q0-Q7作为低8位地址总线，A8-A12直连到MCU的Q20-Q24作为高5位地址总线，共计13条地址总线，D0-D7直连到MCU的P00-P07上，作为数据总线，可寻址片内8K连续地址，片0选线由74L373的Y1产生，连接到6264的CS(20脚)。在本系统中，片内地址分配为0000H-1FFFH。
(9)、程序存储芯片用MCU片内32Kflash作为程序存储器，这时，要求MCU的EA脚上拉为高电平。
(10)、地址译码器芯片74L138作为1→8线地址译码器，将MCU的P25-P27三根线直连到74L138的1到3脚上，作为地址信号源，从输出口Y0-Y7线译出8个低电平信号，作为各外围器件的片选信号；(11)、LCD显示器LCD显示器的控制器为T6963，WR、RD及8位宽D0-D7数据总线，分别直连到MCU的WR，RD及P0-P7管脚上，CS信号由74L138译码器的Y4脚译出。地址译码分配为9FFEH-9FFFH。
(12)、时钟频率本监测仪采用11.0592MHZ晶振作为振荡源，系统时钟频率为11.0592MHZ。
权利要求1.一种混凝土强度跟踪监测仪，其特征是由MCU直接控制并口芯片，再传递数据给打印机，MCU通过通道地址锁存芯片74L373锁存片外RAM存储器低8位地址，高5位直接由MCU的P2口低5位扩展，可寻8K字节片外地址，MCU的P1的8个I/O口直接交叉构成4×4阵列键盘，MCU的读写控制总线、数据总线接硬时钟相应引脚，LCD的数据总线、控制总线与MCU的相应引脚直接连接；现场温度采集单元设有8个通道，每个通道可在一条三芯屏蔽电缆上接8个数字温度传感器，现场单元通过远程驱动模块与MCU通讯数据。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土强度跟踪监测仪，其特征是并行接口芯片8255的数据口D0——D7与MCU的PO0——PO7直接相连，作为数据总线，8255的RD与MCU的RD，8255的WR与MCU的WR分别连接做为控制总线，PA0——PA7与打印机数据总线直接连接；地址锁存芯片74L373的PO0——PO7接MCU的PO0——PO7，由MCU的ALE脚连接74L373的ALE脚；MCU的PO0——PO7口作为低8位地址总线，P20——P24作为高5位地址总线，总共13条地址总线，可寻址连续片外地址，以分配给8K字节存储器；时钟芯片12B887的AD0——AD7连接MCU的PO0——PO7，DS脚连接到MCU的RD脚，RW连接到MCU的WR上，片选CS连接到74L138的Y2；MCU的RXD脚连接到R1的12脚，TXD连接到T1的11脚；片外数据存储芯片6264的A0——A7连到74L373的Q0——Q7作为低8位地址总线，A8——A12直连到MCU的P20——P24作为高5位地址总线，D0——D7直连到MCU的P00——P07上，作为数据总线；将MCU的P25——P27三根线直连到地址译码器74L138的1到3脚上，作为地址信号源，从输出口Y0——Y7线译出8个低电平信号，作为各外围器件的片选信号；LCD显示器的控制器为T6963，WR、RD及8位宽D0——D7数据总线，分别直连到MCU的WR，RD及P0——P7管脚上。
专利摘要一种混凝土强度跟踪监测仪，属于建筑技术领域；其特征由MCU传递数据给打印机，MCU通过通道地址锁存芯片存储器低8位地址，高5位直接由MCU扩展，MCU的读写控制总线、数据总线接硬时钟相应引脚，LCD的数据总线、控制总线与MCU的相应引脚直接连接；现场温度采集单元设有8个通道，每个通道可在电缆上接传感器，现场单元通过远程驱动模块与MCU通讯数据。其优点是使用本仪器的混凝土养护条件可以任意选择；建立新成熟度理论。
文档编号G01N3/00GK2639886SQ0325208
公开日2004年9月8日 申请日期2003年8月27日 优先权日2003年8月27日
发明者李发千, 李国莹 申请人:吉林省第二建筑有限责任公司, 李发千, 李国莹