□張 峰 李慧斌 趙夢浩

（河南大學土木建筑學院 河南 開封 475000）

路基毛細水影響及含水率檢測裝置設(shè)計

□張 峰 李慧斌 趙夢浩

（河南大學土木建筑學院 河南 開封 475000）

土壤本身是一個復(fù)雜的毛細系統(tǒng)，其中的毛細水豎直或水平運移會對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響。道路路基也存在著這種毛細水運移現(xiàn)象，其運移規(guī)律對路基的影響不可忽視。路基的邊坡坡度、邊坡形式、邊坡植物根系均會對毛細水運移特性產(chǎn)生影響。借助自制含水率檢測裝置對路基毛細水進行時時檢測，研究其運移規(guī)律，減少毛細水對路基的影響。該裝置具有收發(fā)短信遠程監(jiān)測功能，實現(xiàn)高度信息化。

路基毛細水；干濕度的采集與顯示；LCD；GSM

1 路基毛細水上升原理

路基邊坡的土體是一個很復(fù)雜的毛細系統(tǒng)，其中的毛細水對路基具有嚴重影響，可能會引起各種道路病害，因此對其研究具有重要價值與意義。毛細水的上升是通過其自身的毛細作用引起的。其形成過程可以用物理學中的毛細管現(xiàn)象解釋。土壤這個毛細系統(tǒng)中存在很多的毛細管，因此對于提升地下水具有強烈的作用。

2 路基影響毛細水上升的因素

路基的邊坡坡度、壓實度、植物均會對毛細水上升產(chǎn)生影響。邊坡坡度會影響毛細水的豎直或者水平運移規(guī)律，當毛細水豎直上升到邊坡表面無法繼續(xù)上升后便會水平運移，或者沿坡面運移。壓實度會影響邊坡毛細水的上升高度，因壓實度不同，邊坡土體的顆粒間狹小空隙的多少不同，從而產(chǎn)生的毛細作用不同，最終影響毛細水的上升高度。邊坡土壤中的植物通過根系吸水以及蒸騰作用，帶動土體中的水分上升，影響毛細水的上升速度與高度。

3 毛細水對路基的影響

毛細水上升會改變路基土體的濕度，從而影響其強度和穩(wěn)定性。當土體達到一定濕度，可能會產(chǎn)生液化，使土體松軟，在車輛等荷載的頻繁作用下會產(chǎn)生路基下沉。毛細水不斷上升也會影響路面結(jié)構(gòu)。

4 含水率檢測裝置設(shè)計的基本方法思路

本設(shè)計主要的內(nèi)容是土壤含水率檢測裝置的設(shè)計與制作。該電路的工作原理是由STC89C52單片機和ADC0832組成系統(tǒng)的核心部分，濕度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)直接傳送到ADC0832的IN端作為輸入的模擬信號。獲得的一些含水率數(shù)據(jù)作為模擬信號被傳送到ADC0832的IN端電路內(nèi)部包含有濕度采集、AD轉(zhuǎn)換、單片機譯碼顯示、GSM短信收發(fā)等功能。單片機需要采集數(shù)據(jù)時，發(fā)出指令啟動A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0832根據(jù)送來的地址信號選通IN1通道，然后對輸入的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC輸出高電平，通知單片機可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，單片機通過調(diào)用中斷程序，讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。最后，單片機把采集到的濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件程序處理后送到LCD1602進行顯示。同時當管理人員需要遠程進行當前濕度的查詢時，只需向該裝置發(fā)送相應(yīng)指令的短信，該裝置即可將當前測得的濕度值以短信的形式發(fā)送給管理人員。

5 土壤含水率采集與顯示

土壤含水率采集與顯示部分主要選用STC89C52單片機作為核心控制，運用軟件實現(xiàn)預(yù)期的指令。單片機中的土壤含水率是通過ADC0832和點位器模擬傳來的，再經(jīng)由I/O口將檢測到的含水率數(shù)值顯示在LCD上，以達到對土壤溫濕度實時監(jiān)測的目的。

6 硬件電路設(shè)計

土壤含水率檢測與系統(tǒng)由ADC0832、STC89C52單片機、電位器、LCD顯示屏、電阻等組成。

7 GSM模塊數(shù)據(jù)的接受及發(fā)送

主要用到的指令如表1所示：

表1 短信的讀取與發(fā)送指令

8 原理圖

9 本研究的應(yīng)用價值

該研究為路基毛細水病害的防治理論成果，可提高路基使用的年限。同時該裝置為土壤含水率的快速檢測提供了極大方便。與傳統(tǒng)含水率測量裝置相比，該裝置具有遠程檢測功能，可將土壤中的水分情況及時反饋給個人，極大的節(jié)省了人力物力財力，使得檢測具有時時性。實現(xiàn)了檢測的高度信息化，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1]朱登元,管延華.毛細水作用對粉土路基穩(wěn)定性的影響[J].山東大學學報(工學版),2012,(01):93-98.

[2]董斌,張喜發(fā),李欣,張冬青.毛細水上升高度綜合試驗研究[J].巖土工程學報,2008,(10):1569-1574.

[3]李銳.毛細水對膨脹土路基的影響研究及其處置對策[D].華中科技大學,2006.

[4]趙燕東,李寧,皮婷婷.土壤多參數(shù)復(fù)合測試系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2015,(08):289-298.

[5]楊攀.農(nóng)田相對土壤濕度檢測技術(shù)研究[D].成都理工大學,2015.

[6]宋克鑫.FDR土壤含水率傳感器的主要影響因子與其結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].西北農(nóng)林科技大學,2013.

[7]李靜雅,程茂,吳玉潔.新型土壤孔隙水壓力檢測系統(tǒng)的研制與建模[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2011,(06):104-107.

[5]陳海波,冶林茂,李樹巖,鄧偉,田宏偉,申占營.FDR土壤水分自動監(jiān)測儀的標定與檢驗[J].微計算機信息,2009,(31):104-106.

[6]姚志恩,司杰.一種土壤濕度檢測的方法和電路設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2013,(08):125-127.

1004-7026（2016）18-0110-02

TU416

A

DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.18.081

張峰（1995.9-），男，漢族，山東蓬萊人，河南大學土木建筑學院，2014級本科生，土木工程專業(yè)。