电阻测长法在锚杆质量检测中的应用

引 言
    锚杆支护从最初引进国内到现在，已在地下结构工程中得到了广泛的应用；特别是在较软弱、破碎的岩体中，它具有其他支护方式无可比拟的优越性。但锚固属于隐蔽工程，在施工过程中的管理和监督较为困难，锚固系统稳定性预测一旦失误，往往给工程带来不可估量的损失，因而需要检查它是否按设计预定的方式起作用。由于锚杆在锚固后嵌入到岩层中，监督单位无法对其实际长度进行有效的检测，所以本文主要针对锚杆长度检测问题，采用电阻测长法，研究其在锚杆质量检测中的应用可行性。

1 检测原理
    本文主要是利用电阻测长法来测量锚杆的长度，通过对嵌入到锚杆中的、绕锚杆长度一周的电阻丝的电阻测量，再把电阻值转换为电阻丝的长度，从而检测出锚杆的实际长度。与工程设计要求相对比，达到检测锚杆长度质量的目的。

2 硬件电路
    本研究主要通过STC89C51RC单片机控制MAXl33芯片进行电阻的测量以及长度的转换，并将结果送至L046R4液晶显示模块显示，如图1所示。

2．1 STC89C51RC单片机
    STC89C51RC系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟／机器周期和6时钟／机器周期可任意选择。支持ISP(在系统可编程)／IAP(在应用可编程)，无需专用编程器／仿真器，可通过串口(P3．O／P3．1)直接下载用户程序，8 KB程序3 s即可完成烧写。
2．2 MAXl33芯片
    MAXl33是美国MaXim公司生产的专配的μP数字万用表芯片，只需配上4位或8位，即可构成智能数字万用表、巡检仪或测试系统。采用多重积分式A／D转换器，A／D转换准确度为0．025％；时钟频率选32 768 Hz时，测量速度达20次／s。最大计数值通常取测量单极性信号时还可提高到79 999。MAXl33的D0～D3作为4位多路地址／数据总线。片内包含量程开关、蜂鸣驱动器、有源滤波器、电池低电压检测器，具有完善的数字接口，带BCD码输出，基本能实现20多种功能。电阻模式接口电路如图2所示。

2．3 L046R4
    L046R4为4位8字加提示符液晶显示模块，3～4线串行接口，可与任何单片机、接口IC接口，如图3所示。其低功耗特性：显示状态50μA(典型值)，省电模式<1μA，工作电压为2．7～5．2 V，视角对比度可调，显示清晰，稳定可靠，使用编程简单。

3 软件设计
    该系统软件设计主要包括：初始化L046R4程序、MAXl33写命令程序、MAXl33数据读出程序、L046R4数据显示程序等模块。
3．1 L046R4初始化模块
    模块上电后，软件初始化模块，应延时200 ms以上再送命令：
    ①写入模块专用初始化命令100 0010 1001定义模块；
    ②写入100 0001 1000定义内部RC振荡方式，或100 0001 0100定义外部晶振方式；
    ③写入100 0000 0001开振荡器；
    ④写入100 0000 0011开显示器。
    以上4步完成后再送入其他命令或显示数据。对于显示的数据正确与否，可选用读RAM方式进行校验。为实现低功耗方式，每次读／写命令或数据后，应将CS、RD、WR、DATA置高电平或悬空。

初如化程序如下：

3．2 MAXl33模块
    MAXl33仅用7根线(DO～D3、ALE、RD、WR)与微处理器相连。微处理器首先按照寄存器地址码，选择要读或写的寄存器序号；然后给地址锁存使能端发一个正脉冲，在高电平时将寄存器地址锁存到MAXl33中。
    读的过程是微处理器首先向RD发一个负脉冲，然后MAXl33把所选定寄存器中的数据送至总线上。写的过程是微处理器首先把数据送到总线上，然后给WR送一负脉冲，MAXl33就将数据锁存到所选定的寄存器中。在读／写过程中，片选(CS)必须为低电平，但ALE端不受CS端控制。
    MAXl33的读／写时序图如图4所示。

3．3 主程序流程
    主程序流程如图5所示。

结 语
    本文将电阻测长法成功地应用到锚杆长度测量上，实现了锚杆质量的无损检测。这在锚杆质量检测当中属于一种大胆的尝试，也是一种创新，为锚杆长度测量提供了一种新的方法。该研究充分利用了单片机的资源，节约了成本，操作简单，运行可靠，符合市场需求。