（续上）
2 技术方案的确定
2.1 技术原理
本研究研制的新拌混凝土性能测试仪是利用混凝土的流变特性原理，直接采用旋转扭矩传感器测量混凝土的流变阻力矩，通过流变阻力矩与混凝土技术指标的相关关系计算出混凝土的主要技术指标。本技术的创新点在于采用单片机技术，自动计算和校正测量数据，并可以实现混凝土工程强度和水化温度的预测。这种测量方式的最大优点是:采用已知参数预置方式检测，可以不依赖试验室而直接显示检测结果，能较准确反映出流态混凝土的整体特性，特别是
对大流动性混凝土反应敏感，而且可以使测量精度至少提高一个数量级，方便现场使用。
工作原理如下图：
首先通过预置电路将混凝土的相关参数预置进测试仪，作为微处理机的计算参考值。扭矩传感器将混凝土反剪切阻力矩直接变换成电压，经过信号处理后变换成数字信号送入微处理机进行数据处理和计算。同时微处理机还输出一控制信号以校正传感器的误差，保证测试精度，并将结果送给显示电路显示出来。也可以通过接口电路把测量信号送给计算机进行实时控制或打印输出。
2.2 实现功能
本研究研制的混凝土综合测试仪可直接测量混凝土的坍落度、温度、粘稠度、水灰比、28 天强度等主要技术指标，并可完成平均值计算和检测数据的任意检索，同时可以通过计算机进行混凝土生产的实时控制或打印输出等功能。实现了多项主要混凝土技术指标准确、快捷地综合测试，使混凝土生产和施工的质量得到控制成为可能。
2.3 技术性能
2.3.1 技术指标
坍落度 (120mm～270mm) ±10 %
测试时间< 8s
温度( - 25 ℃～ + 102 ℃) ±5 %
测试时间30s
28 天强度(10MPa～70MPa) ±10 %
水灰比(012～017) ±10 %
数据存储832 个
接口标准RS232
速率9600bps
内置电源NiHM 9V/ 1300mAh
尺寸150mm ×100mm ×53mm
重量300g
2.3.2 可靠性指标
工作温度- 20 ℃～ + 70 ℃
储存温度- 40 ℃～ + 90 ℃
相对湿度≤100 %RH
海拔高度≮4000m
冲击980m/ s2
绝缘电压≮5000V
3 硬件设计
3.1 结构组成
硬件部分由电路板、液晶显示器、扭矩传感器、扭矩传感器探头、温度传感器、电池组、开关及接口部件和壳体等部分组成。
微处理机采用最新型68HC08 微型化单片机，功能强，使外围电路大为简化。
控制电路采用PWM 技术，提高了仪器的可控性和效率。
为适应便携要求，仪器采用9V NiHM 可充电电池，为克服电池电压变化的影响，内部采用稳压供电。
采用汉字字符液晶显示器及RS232 接口技术，使数据输出更为直观。
3.2 产品结构
产品采用工业化结构设计，适应施工中的恶劣环境。仪器采用工程塑料密封设计，1 米高自然落地或掉入水中1 分钟，仪器无需任何处理，仍能正常使用。
另外仪器还配有佩带式皮套，即方便携带又保护仪器。
同时仪器还采用人性化设计，更符合人的使用习惯。
4 软件设计
软件是嵌入式汇编软件，其载体是高性能CMOS单片机68HC08 ， 该单片机具有内置4096bytes 的FLASH存储器，可以有效地抗击来自传感器等的干扰；2 通道16 位定时器模块，有效地解决PWM传感器控制。
4.1 功能说明
4.1.1 测量坍落度
根据传感器的特性，我们设置粒形和粒径，根据模糊设置的方法测量坍落度。首先选择是卵石、碎石、碎卵石，软件记录选择类型；接着选择粒径(mm) :10 、16 、20 、31 、40 ， 并记录下来； 然后启动传感器， 用PWM方式控制传感器，采取特殊的控制方式，消除传感器滞留特性带来的误差，精确调整传感器。在规定的时间内快速连续测量，采用数字滤波技术，滤除传感器干扰和其他噪声干扰。存储测试结果。根据预先设置的参数，分类处理，计算出坍落度值，显示并存储。
4.1.2 计算强度
由非线性回归方程得出测量值与灰水比的关系，再由灰水比与强度之间的关系，根据不同的水泥标号值，用浮点的方法精确计算出混凝土的强度，供现场技术人员和验收人员提供现场的测量仪器。
4.1.3 测量温度
由温度传感器调理电路，输入到AD 口，软件以慢变的采集率，及时显示实际的温度测量，等到温度变化稳定时，软件自动采集并稳定显示实际温度值，存储显示结果。再显示多次测量的结果平均值，供技术人员参考。软件设计了自动判别温度溢出，自己检测温度电路的正常与否，并报警提示操作人员检查是否正确操作，重新测量功能。
4.1.4 自动监测电池电压
本软件具有自动监测电池电压的功能，如果电压充足，就显示全满的电池符号；如果欠电压，就显示不满的电池符号；等电压不足以提供整机工作，尤其传感器的工作需求，然后显示半满的电池符号，提示低电压告警“LOWBATTER”，执行中断程序，告知用户重新充电池。
4.1.5 数据查阅功能
本软件具有存储三组各99 个温度和99 个坍落度及强度、水灰比等平均值，这些数据掉电不会丢失。能够查阅过去的测试记录，并进行统计平均，提供可靠测量手段。查阅时选择查阅数据类，即坍落度和温度，还有强度。按“翻屏”键，可以迅速地查阅以前测量的数据。如果存储数据超过99 个，那么软件自动将最早的数据替换掉。
4.1.6 完成与计算机的数据通信
以RS232 接口协议与主机通信，回放所有测量存储的数据，供用户存储记录备案。主机上的软件可以统计分析所有的数据，可以供用户对所有混凝土进行评定，建立完备数据库。
4.2 软件模块
4.2.1 初始化模块
(1) 闭MCU 的WATCH DOG功能，设置I/ O 的输入输出方向；
(2) 初始化LCD 显示功能，设置显示方式，初始化8 个显示图符；
(3) 调用存储器存储的粒形、粒径、RC 等参数预设值，及坍落度、温度、强度等存储的序号；
(4) 显示软件名称，调用按键子程序，查阅“翻屏”键是否按下，且等待“翻屏”键按下。
4.2.2 功能选择模块
(1) 显示坍落度、温度、参数初始化设置、数据查阅、数据通信五个菜单；
(2) 按“选择”键，选择相应的功能；
(3) 按“确认”键，执行调用相应的功能。
4.2.3 坍落度测量模块
(1) 显示粒形粒径，按“选择”键选择要设置的参数；
(2) 按“选择”键，可以修改参数的设置，并保存设置值；
(3) 显示坍落度待测字符，按测量键进行测量，显示正在测量字符；
(4) 按设定的程序，自动跟踪传感器控制技术，完成一次测量；
(5) 测量数据，进行数字滤波，排除干扰；
(6) 根据事先设定的参数，计算出强度值；
(7) 显示坍落度和强度值，依照先后顺序存储坍落度和强度值；
(8) 返回待测状态，如果继续，可以按“测量”键，如果不进行，则按“翻屏”键。
4.2.4 温度测量模块
(1) 初始化显示温度待测字符；
(2) 按“测量”键，设置测量时间，A/ D 采样率，采集数据；
(3) 判断数据是否在测量范围内，如果不在则告警，告知操作者是否是因为没有操作好，而要重新操作。如果确实是超出范围，则要真正报警；
(4) 显示温度测量瞬时值，计算多次测量的平均值，并且显示；
(5) 存储当次测量值，刷新温度平均值。
4.2.5 数据查阅功能模块
(1) 始化显示查阅的坍落度和温度及强度的菜单；
(2) 用“选择”键选择查阅的数据类型；
(3) 显示查阅的数据，用“翻屏”键翻阅依次存储的数据，并显示查阅的数据的序号；
(4) 用“PAGE UP”和“PAGE DOWN ”键，可以随意翻页查阅。
4.2.6 数据通信模块
(1) 置通信协议，通信波特率、通信码位等与通信有关的事宜；
(2) 与主机通信握手，如果握手成功，则显示发送数据字符；否则超时显示握手不成功，告知操作者电缆线是否连接好，或主机没有准备好；
(3) 依次发送三种数据，并对每种数据之间标记，让主机识别数据类型；
(4) 发送成功，且发送完所有的数据，就显示“数据输出完毕”字符。
5 调试与仿真
在软硬件设计成功的基础上，软件采用MotorolaHC08 开发装置在线调试，确认功能正确，符合设计要求。在仿真调试过程中，经过反反复复的调试，不断的修改和完善，仪表满足了设计要求。经过多次现场使用，基本确认程序设计正确，功能符合现场检测要求，并能准确反映混凝土的各项技术参数，较好地完成功能需求。
6 仪器研制结论
混凝土综合测试仪是利用混凝土的流变特性来测量混凝土的基本参数的。它通过传感器的旋转剪切运动测量出混凝土的粘滞阻力矩，利用混凝土粘滞阻力矩与混凝土基本参数的相关性，将传感器测量出的混凝土粘滞阻力矩直接变换成电压信号，经过信号处理后变换成数字信号送入MCU 进行数据处理和计算。同时MCU 还输出一控制信号以校正传感器的误差，保证测试精度，并将结果送给显示电路显示出来。
新仪器采用了传感技术和微电脑技术，完全不同于以往坍落度仪的测量原理。能直接通过液晶显示器显示坍落度值、温度，预测28 天强度，为工程施工和混凝土生产人员提供水灰比、用水量等参考值，并进行平均值计算等。他还能根据要求直接连接计算机进行数据打印输出或作在线测试的二次仪表使用。实现了多功能合一，使用简便、可靠、直观。它为混凝土的准确测量提供了技术基础。
本项目产品由于采用了新型的电路结构和工业化结构设计，及全密封注塑成型技术，使产品的防震、防水性能完全能够满足在恶劣现场环境条件下使用的可靠性和安全性要求。
