CN102253432A

CN102253432A - 一种基于单片机的超声波雨量测量装置

Info

Publication number: CN102253432A
Application number: CN 201110173772
Authority: CN
Inventors: 张秀再; 李勇; 郭业才
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明提供了一种基于单片机的超声波雨量测量装置，包括单片机、进水筒和测量筒，所说的进水筒包括进水口、过滤网和进水阀；所说的测量筒结构为双筒体，双筒体底部有连通口；测量筒左筒上接进水筒，测量筒右筒上方封闭式安装超声波探头和温度传感器，右筒壁上方留有出气孔；所说的超声波探头和温度传感器与单片机相连。本发明的测量精度高，实现成本低，能在任何雨强的情况下实现对雨量的自动、准确地测量。

Description

一种基于单片机的超声波雨量测量装置

技术领域

本发明涉及一种基于单片机的超声波雨量测量装置，属于气象要素测量的技术领域，尤其涉及雨量、雨强的测量领域。

背景技术

气象部门使用的雨量计一般多为虹吸式雨量计或者是翻斗式雨量计。虹吸式雨量计由承雨器、虹吸、自记和外壳四个部分组成。在承雨器下有一浮子室，室内装一浮子与上面的自记笔尖相联。雨水流入筒内，浮子随之上升，同时带动浮子杆上的自记笔上抬，在转动钟筒的自记纸上绘出一条随时间变化的降水量上升曲线。当浮子室内的水位达到虹吸管的顶部时，虹吸管便将浮子室内的雨水在短时间内迅速排出而完成一次虹吸。如果降水现象继续，则又重复上述过程。最后可以看出一次降水过程的强度变化、起止时间，并算出降水量。由于虹吸过程中的降雨一并流失，所以产生流失误差，并且降雨强度越大，误差越大，由于测量装置没有电信号接口，所以无法进行自动测量和数据实时处理。翻斗式雨量计主要组成有：承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗和调节螺钉、干弹簧等组成。上翻斗与汇集漏斗的主要作用，是使不同强度的自然降水会聚成近似固定的量，通过汇集漏斗节流管，使注入计量翻斗的雨水成为一股一股的水流。当上翻斗承积的雨量达到一定数量值时，上翻斗翻倒，雨水经过汇集漏斗流入计量翻斗。当计量翻斗雨量承积到一定数量时，计量翻斗翻倒，把雨水倒入计数翻斗，使计数翻斗翻动一次，计数翻斗的中部有一块小磁钢，磁钢上端有干弹簧。当计数翻斗翻动时，磁钢对干弹簧扫描，使干簧接点因磁化而瞬间闭和一次，通过二芯电缆送出一个电路导通信号，通过脉冲个数计算雨量。该方法操作简单，但是存在的主要问题是雨强越大误差越大，并且翻斗左右转换的时候，存在流失误差，整个装置存在蒸发误差。

发明内容

本发明的目地是克服现有技术的不足之处，针对虹吸式和翻斗式雨量计存在的问题，为了减少蒸发和防止流失、渗透造成的雨量测量误差，提供一种基于单片机的超声波雨量测量装置。

本发明的基于单片机的超声波雨量测量装置包括单片机、进水筒和测量筒，所说的进水筒包括进水口、过滤网和进水阀；所说的测量筒结构为双筒体，双筒体底部有连通口；测量筒左筒上接进水筒，测量筒右筒上方封闭式安装超声波探头和温度传感器，右筒壁上方留有出气孔；所说的超声波探头和温度传感器与单片机相连。

[H1]

所说的进水阀和放水阀均为电磁阀门。

本发明的基于单片机的超声波雨量测量装置的原理为：测量筒右筒顶端的超声波探头在固定位置发出的超声脉冲信号遇到液面时被反射回来，接收到回波信号后通过计算收发时间间隔得到超声波的传播时间；温度传感器测量筒体内的实时温度，根据测量温度下的超声波在空气中的传播速度，计算液面和筒顶之间的距离，进而得到液面高度。因进水口横截面面积是测量筒横截面面积的10倍，则降雨量是液面高度的1/10。而且，通过间隔一定时间连续两次测量的降雨量可以计算出某时间段的雨强。

本发明中，超声波探头和温度传感器与单片机相连，测量数据传输给单片机并由单片机计算和控制。进水阀和放水阀均采用电磁阀门，在雨量超过所设阈值200mm时单片机控制电路控制进水阀关闭，然后放水阀开启以保证在放水过程中不会造成雨水流失。超声波探头发射面距离出气孔下边沿保留10mm 以上的距离以避开测量盲区( 超声波测量盲区约为8mm)。测量结果可以由单片机通过通信接口实时传输给计算机进行数据记载、制表、画图等处理。

本发明的基于单片机的超声波雨量测量装置具有如下技术效果：基于单片机的控制和处理可以实现雨量测量的自动化，单片机自动控制进水阀进水和放水阀放水，可以连续不间断自动测量；双阀门设计可以有效防止雨水流失造成的测量误差；进水口过滤网可以有效防止树叶等异物进入进水筒；整个装置不存在渗透误差；测量筒采用双筒体下连通设计可以有效减小测量筒左筒因进水而造成的液面波动带来的测量误差；实时温度测量可以对超声波测量进行温度补偿，避免因温度变化造成的误差；进水口面积是测量筒底面积的10倍，则实际误差是将不可避免的测量误差衰减到0.1倍；通过以上设计可以大大提高雨量测量的准确度。本发明的测量精度高，实现成本低，能在任何雨强的情况下实现对雨量的自动、准确地测量。

附图说明

图1是本发明的基于单片机的超声波雨量测量装置的结构示意图；

其中1为进水筒，2为过滤网，3为进水阀，4为测量筒左筒，5为连通口，6为放水阀，7为测量筒右筒，8为出气孔，9为超声波探头、温度传感器安装位置，10为放水警戒线。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的基于单片机的超声波雨量测量装置，包括单片机、进水筒1和测量筒，进水筒1包括进水口、过滤网2和进水阀3；测量筒结构为左右双筒体，双筒体底部有连通口5；测量筒左筒4上接进水筒，测量筒右筒7上方封闭式安装超声波探头和温度传感器，右筒壁上方留有出气孔8；超声波探头和温度传感器与单片机相连；进水阀1和放水阀6均为电磁阀门。进水筒1的进水口横截面面积为测量筒横截面面积的10倍，超声波探头、温度传感器安装位置9与出气孔8的距离为50mm，测量筒底与放水警戒线10的距离为200mm。

在降雨过程中，首先雨水进入进水筒1，通过过滤网2隔离树叶等异物防止进入装置，影响正常的测量。然后，雨水通过进水阀3流入到测量筒左筒4，并通过连通口5流入测量筒右筒7，左右筒内的液面高度保持相等。左筒液面因进水影响会有波动而右筒液面能够保持平静，可以避免因液面的波动引起的超声波测量误差。测量筒右筒7的外侧壁的出气孔8，可以使筒内外的空气流通，并且在必要时刻可以作为溢水口保护超声波探头及温度传感器。出气孔8安装在200mm警戒线以上大概20mm处。测量筒右筒顶部9封闭安装超声波探头和温度传感器，可以防止杂物落入和减少蒸发量。超声波探头发射超声波信号遇到液面反射，然后探头接收回波，单片机通过检测收发时间间隔和温度传感器测量的实时温度，根据实时温度下的声速和单程传播时间计算出液面的高度。因进水口面积和测量筒的横截面的面积比为10:1，则实际雨量是液面高度的0.1倍，而误差也是测量误差的0.1倍。而且，通过间隔一定时间连续两次测量的降雨量可以计算出某时间段的雨强。

进水阀3和放水阀6均为电磁阀门。其主要工作为：系统开始运作时，放水阀6关闭，进水阀3开启，进入正常的测量；当测量筒内的雨量达到200mm警戒线时，单片机通过电路控制进水阀3关闭，然后放水阀6开启，进入放水阶段。此时，雨水保持在进水筒内不会造成流失误差。放水完毕之后，放水阀6关闭，进水阀3开启，进入正常测量阶段。单片机可以通过通信接口将测量结果传输给计算机进行数据记载、制表、画图等处理。

Claims

1.基于单片机的超声波雨量测量装置，其特征在于，包括单片机、进水筒和测量筒，所说的进水筒包括进水口、过滤网和进水阀；所说的测量筒结构为双筒体，双筒体底部有连通口；测量筒左筒上接进水筒，测量筒右筒上方封闭式安装超声波探头和温度传感器，右筒壁上方留有出气孔；所说的超声波探头和温度传感器与单片机相连。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的超声波雨量测量装置，其特征在于，所说的进水阀和放水阀均为电磁阀门。