[发明专利]基于低功耗蓝牙的地温测试系统及地温测试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于低功耗蓝牙的地温测试系统及地温测试方法。

背景技术：

近年来，由于在寒区季冻土上进行了大规模的工程建设（如高铁、水利工程、高速公路、跨江隧道等），使得对季冻土工程性态的研究越发受到重视。其中最受关注的就是季节冻土性态随温度的变化规律。由于受到恶劣气候和现场条件限制，季冻土内部温度测试手段单一且不方便。以传统的地温测试方法——测温管方法而言，主要工作内容有：地温钻孔钻探、测温管安装及防渗水处理、钻孔地温恢复、地温测试元件安装、数据采集和处理等等，内容繁琐、测试不便、精度有限，对测试人员要求也很高。但迄今为止，由于测试介质复杂、传感器尺寸效应、电源供给以及现场安装等诸多条件限制，测试装备及手段并没有大的进展。

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，为隐蔽工程参数测试提供了新的手段。其中，基于蓝牙4.0标准的低功耗蓝牙（BluetoothLowEnergy,BLE）由于可以完成许多环境恶劣、人员难以到达或隐蔽工程内部的检测任务，逐步受到重视。低功耗蓝牙将可靠、标准化的互兼容性与无线设备结合在一起，仅靠一颗钮扣电池就可维持数年之久，这又为不间断、动态化检测提供了可能。

传统的地下温度测量设备都需要导线作为信号传输的通路，外接数据采集仪与PC构成整个测试系统，由此则需要从地下引出导线留在路面以备测试使用，这不仅会暴露测试装置，可能造成无关人员对其的非法利用或损坏，而且从地下引出的导线还会破坏土体结构，在同时需要对土应力变化的测试中造成很大影响，使得测试环境下的土体结构与原本土体差别很大，测试的应力数据很大程度上都不能代表原本土壤的应力变化，测试数据失真较大。在测试过程中，传统的测试设备主要有数据采集仪和PC机，在实际的野外测试中，这就显得大而笨重，携带不便，尤其在天气比较恶劣的环境下（比如雨、雪、风、霜等）进行测试，这就使得在测试过程需要的一系列步骤（比如设备的连接线、启动复位、数据采集等操作）进行的比较困难或者根本无法进行，使得数据的采集极为不便。基于以上问题，这就使得传统的有线测量方式对此要么失真很大，要么实施困难或根本无从下手。

在测试方式上，传统的地下温度测量设备都需要导线作为信号传输的通路，外接数据采集仪与PC构成整个测试系统，由此则需要从地下引出导线留在路面以备测试使用，这不仅使得测试系统本身的复杂度增加，使得测试过程繁琐，对于隐蔽工程而言，还会暴露测试装置，可能造成无关人员对其的非法利用或损坏，而且这些埋设于土壤中的导线还会破坏土体结构，在同时需要对土应力变化的测试中造成很大影响，使得测试环境下的土体结构与原本土体差别很大，测试的应力数据很大程度上都不能代表原本土壤的应力变化，测试数据失真较大。

在测试过程中，传统的测试设备主要有数据采集仪和PC机，在实际的野外测试中，这就显得大而笨重，携带不便，尤其在天气比较恶劣的环境下（比如雨、雪、风、霜等）进行测试，这就使得在测试过程需要的一系列步骤（比如设备的连接线、启动复位、数据采集等操作）进行的比较困难或者根本无法进行，使得数据的采集极为不便。基于以上问题，这就使得传统的有线测量方式在进行地温测量时对土体破坏较大，使得在地温测试的同时想要再进行土壤应力的测试受到较大影响，在恶劣环境下进行测试，实施困难或无从下手。

在如今的无线通信技术中，比较成熟且流行的有WIFI，ZIGBEE，蓝牙

三种协议。WIFI（WirelessFidelity，无线保真技术）是IEEE802.11的简称，是一种可支持数据，图像，语音和多媒体且输出速率高达54Mb/s的短程无线传输技术，Wifi的电波覆盖范围半径高达100m，但是其功耗大，体积大，且安全性不高，不适合土壤中的测试。ZIGBEE（紫蜂协议）是IEEE802.15.4协议的简称，它来源于蜜蜂的八字舞，蜜蜂（bee）是通过飞翔和“嗡嗡”（zig）抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在的方位信息，而ZIGBEE协议的方式特点与其类似而命名，一般的有效传播距离为10m-75m，功耗低，安全性高，但其传输速率低，只有250Kb/s，在随机接入MAC层的同时不支持时分复用的信道接入方式，因此在支持一些实时的应用时会因为发生多跳和冲突会产生延时，且目前电子设备中配备其模块的比例几乎为零，这就使得其应用不便。

发明内容：