基于单片机的桥梁荷载力测试实验模型电路设计

材料的杨氏系数；I是桥梁横截面的惯性矩；L是桥梁的长度； 代表车辆通过时前后轴对桥面产生的压力；c是车辆通过桥面的速度； 是单位冲激函数。

基于模型假设，动态位移， 可以被描述为：

此处：i是模态数， 是第i模态形状函数； 是第 i 模态的幅值函数。把式（2）代入式（1）：

对方程（3）左右两边都乘以模态形状函数 π，并 在区间[0，L]上对方程中变量 x 进行积分，得：

（4）

此处： 是第 n 模态的频率； 是第n模态的衰减比率；Mn是第n模态的模态质量。基于桥梁假设，桥梁的模型参数可以通过下面式子计算：

式中：S——传感器及其测量电路的灵敏度（即被测量X转换成电压U的转换系数）

K——放大器的放大倍数

——A/D转换器满量程输入电压

——A/D转换器满量程输出数字

而被测量X总是以其测量数字N和测量单位x1表示

就可以使A/D转换结果D与被测量x的数值N相等，即D=N，在这种情况下将A/D转换结果作为被测量的数值传送到显示器显示出来。

3.电路设计

本系统由、数据采集部分、声光报警部分、数据显示部分、键盘部分和电源等部分，其中，控制器部分采用STC89C52实现，数据采集部分由压力传感器、信号放大电路、A/D转换器构成，系统设计原理如图2示。

（1）数据采集部分电路设计

数据采集部分电路由传感器、信号放大电路和A/D转换器组成。A/D转换器采用24位HX711芯片。HX711与单片机的接口电路接线图如图3示。

（2）显示电路与STC89C52单片机接口电路设计

显示电路采用LCD12864。LCD12864与单片机的接口电路设计如图4示。

4.软件设计

本设计采用C语言编程，编译环境为keil UV4。根据系统的控制任务，软件设计主要由主程序、初始化程序、显示子程序、数据采集子程序和延时程序等组成。

在芯片上电后，初始化程序将单片机中程序存储器单元清零，P3.0引脚置成低电平，防止错误报警。主程序设计流程图如图5所示。

5.结论

桥梁荷载力试验是一门直接服务于工程实践的技术学科，涉及到桥梁的设计计算理论、试验测试技术、仪器仪表性能、数理统计分析、现场试验组织等方面，具有较强的综合性、应用性和复杂性。同时，桥梁荷载力实验对于推动桥梁建设事业的发展，为确保桥梁安全运营、进行科学养护又发挥着重要的作用。随着微控制器技术、传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用，设计实现智能化的桥梁荷载力测试电路，以应变传感器作为现场敏感器件，测量行驶辆引起的桥梁应变，对采样数据进行积分运算消除振动项对结果的影响，进而获得动态车辆的载重值，与车型识别结果查询数据库得到标准载重比较来判断是否超重，具有一定的实用价值。