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

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1、工程硕士学位论文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王钰哈尔滨理工大学2016年3月国内图书分类号:TN929.4；TP311.1工程硕士学位论文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硕士研究生：王钰导师：孟上九申请学位级别：工程硕士学科、专业：安全工程所在单位：测控技术与通信工程学院答辩日期：2016年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex:TN929.4;TP311.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDesignofroadbedenviron

2、mentsafetydetectiondevicewithFreeze-thawcyclesbasedonWirelessSensorNetworkCandidate：WangYuSupervisor：MengShangjiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SafetyEngineeringDateofOralExamination：March,2016University：HarbinUniversityofScienceandTechnolog哈尔滨理工大学硕±学位论文

3、原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕±学位论文《基于无线传感网络的冻飄循环下路基环境安全检测装置设计），是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻、读＾±学位期间独立进行研巧工作所収得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人己发表或撰写过的硏妃成果。对本文硏巧工作做出贡献的个人和集体，巧己在文中Ｗ明補方式注明。本声明的法禪结果将完全由本人承担。。２．作者签名：日期：八年＾月每间３哈尔滨理工大学硕±学位论文使用渡权书《基于无线传感网络的祐融循环下路基巧境安全检测装置设计》累本人在哈尔滨理工大学攻读硕±学位

4、期间在导师指导下充成的樹±学位论文。本论文的研巧成果归哈巧滨理了大学所有，本论义的硏巧内容不得ＬｉＡ其它单位的名义发表。本人完全了解哈巧滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部口提巧论文和电子版本，允许论文被芭阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可ｌｉｔ采用影印、缩印或其他搜制手段保钻论文，可公布论文的全部或部分内容。本学位论文厲于保密己。，在年晌密后适用搜权书不保密０（请在Ｗ」；；．相应方權内巧Ｖ）：也日巧＞作者签名！；３〇／＜年１月＞日口导师签名：：Ｓ规３々月日年呈；Ｇ／／

5、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

6、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

7、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

8、区环境温度的全覆盖。-I-关键词冻融循环；路基；无线传感网络；低功耗蓝牙；CC2541；-II-Design