路基毛细水影响及含水率检测装置设计

2022-09-10

1 路基毛细水上升原理

路基边坡的土体是一个很复杂的毛细系统, 其中的毛细水对路基具有严重影响, 可能会引起各种道路病害, 因此对其研究具有重要价值与意义。毛细水的上升是通过其自身的毛细作用引起的。其形成过程可以用物理学中的毛细管现象解释。土壤这个毛细系统中存在很多的毛细管, 因此对于提升地下水具有强烈的作用。

2 路基影响毛细水上升的因素

路基的边坡坡度、压实度、植物均会对毛细水上升产生影响。边坡坡度会影响毛细水的竖直或者水平运移规律, 当毛细水竖直上升到边坡表面无法继续上升后便会水平运移, 或者沿坡面运移。压实度会影响边坡毛细水的上升高度, 因压实度不同, 边坡土体的颗粒间狭小空隙的多少不同, 从而产生的毛细作用不同, 最终影响毛细水的上升高度。边坡土壤中的植物通过根系吸水以及蒸腾作用, 带动土体中的水分上升, 影响毛细水的上升速度与高度。

3 毛细水对路基的影响

毛细水上升会改变路基土体的湿度, 从而影响其强度和稳定性。当土体达到一定湿度, 可能会产生液化, 使土体松软, 在车辆等荷载的频繁作用下会产生路基下沉。毛细水不断上升也会影响路面结构。

4 含水率检测装置设计的基本方法思路

本设计主要的内容是土壤含水率检测装置的设计与制作。该电路的工作原理是由STC89C52单片机和ADC0832组成系统的核心部分, 湿度传感器将采集到的数据直接传送到ADC0832的IN端作为输入的模拟信号。获得的一些含水率数据作为模拟信号被传送到ADC0832的IN端电路内部包含有湿度采集、AD转换、单片机译码显示、GSM短信收发等功能。单片机需要采集数据时, 发出指令启动A/D转换器工作, ADC0832根据送来的地址信号选通IN1通道, 然后对输入的模拟信号进行转换, 转换结束时, EOC输出高电平, 通知单片机可以读取转换结果, 单片机通过调用中断程序, 读取转换后的数据。最后, 单片机把采集到的湿度数据经过软件程序处理后送到LCD1602进行显示。同时当管理人员需要远程进行当前湿度的查询时, 只需向该装置发送相应指令的短信, 该装置即可将当前测得的湿度值以短信的形式发送给管理人员。

5 土壤含水率采集与显示

土壤含水率采集与显示部分主要选用STC89C52单片机作为核心控制, 运用软件实现预期的指令。单片机中的土壤含水率是通过ADC0832和点位器模拟传来的, 再经由I/O口将检测到的含水率数值显示在LCD上, 以达到对土壤温湿度实时监测的目的。

6 硬件电路设计

土壤含水率检测与系统由ADC0832、STC89C52单片机、电位器、LCD显示屏、电阻等组成。

7 GSM模块数据的接受及发送

主要用到的指令如表1所示:

8 原理图

9 本研究的应用价值

该研究为路基毛细水病害的防治理论成果, 可提高路基使用的年限。同时该装置为土壤含水率的快速检测提供了极大方便。与传统含水率测量装置相比, 该装置具有远程检测功能, 可将土壤中的水分情况及时反馈给个人, 极大的节省了人力物力财力, 使得检测具有时时性。实现了检测的高度信息化, 具有广泛的应用前景。

摘要：土壤本身是一个复杂的毛细系统, 其中的毛细水竖直或水平运移会对土壤结构产生重要影响。道路路基也存在着这种毛细水运移现象, 其运移规律对路基的影响不可忽视。路基的边坡坡度、边坡形式、边坡植物根系均会对毛细水运移特性产生影响。借助自制含水率检测装置对路基毛细水进行时时检测, 研究其运移规律, 减少毛细水对路基的影响。该装置具有收发短信远程监测功能, 实现高度信息化。

关键词：路基毛细水,干湿度的采集与显示,LCD,GSM