基于无线传感网络冻融循环下路基环境安全检测装置设计

摘要

冻融循环就是冻结作用和融化作用交替、重复发生的过程。这种过程发生在冷热交替的时候，当温度在0℃以上的时候，由于覆盖在冻土表面的冰晶霜雪的融化，会产生液态的水，这些液态水会沿着结构体表面存在的孔隙或裂缝向其内部渗透；当温度在0℃以下时，其中的含液态水的冻土凝结成冰状，产生膨胀，当膨胀应力较大时，就会在结构中产生裂缝。它的反复出现，造成建筑构造的严重破坏。在冻土区，特别是季节性冻土地带，由于自然天气作用下的温度变化，路基土在冻融循环的作用会发生崩裂、翻浆，对道路结构造成严重破坏。为了应对这一问题，就需要对冻融循环下的路基变形加以研究，而为了研究其变形机理，对于冻融循环下的温度变化测量又显得必不可少。
　　随着无线网络技术日趋成熟，传感器也向数字化、小型化方面发展，为路基环境参数测量提供了新的手段。其中，基于蓝牙4.0标准的低功耗蓝牙由于可以完成许多环境恶劣等非接触式测量的检测任务，逐步受到重视。低功耗蓝牙将高度集成的微型控制器与无线设备结合在一起，在单颗纽扣电池的供电下其运行时间可达数月甚至几年，这就使得利用低功耗蓝牙技术实现实时、连续的测量成为了可能。
　　本文结合国家自然科学基金(51378164)资助项目“季节冻土在冻融循环与冲击型载荷协同作用下永久变形机理及分析方法研究”，从季冻土区冻融循环下路基的环境温度检测实际需求出发，设计了一种基于低功耗蓝牙的无线小尺寸温度检测装置，实现了对路基温度的实时采集，整个设备大小仅为2.5cm×2.5cm×1.5cm，可忽略测试中的尺寸效应；利用手机作为无线接收平台，免除了有线、有源测试的不便；编写了专门的安卓 APP，可根据需要设置采样的开始停止及采样频率，使传感器智能化；对于路基下-40cm~0cm的冻融作用发生区域，在-20cm和-40cm两个测试点分别采用直接测量和中继节点转发的间接测量，接收信号稳定良好；传感器测温范围为-40℃～125℃，实现了对季冻区环境温度的全覆盖。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2安全检测技术国内外研究现状

1.3无线传感网络国内外研究现状

1.4课题研究的主要内容和技术方案

第2章 无线传感网络技术

2.1无线传感网络技术

2.2传感器技术

2.3无线传感器网络的特点

2.4无线传感网络的结构

2.5低功耗的无线传感网络

2.6本章小结

第3章 低功耗蓝牙传感器的设计

3.1低功耗蓝牙硬件设计

3.2低功耗蓝牙协议栈的开发

3.3手机端Android APP设计

3.4封装与安装

3.5本章小结

第4章 土深对信号强度的影响及抗低温测试

4.1不同深度下信号强度的衰减情况分析

4.2路基下较深土壤的温度测量

4.3抗低温测试

4.4本章小结

第5章 低功耗蓝牙传感器在路基地温测试中的应用

5.1路基下模块的安装与调试

5.2路基下的温度数据采集

5.3实际测量结果分析

5.4本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士期间发表论文情况.

致谢