技术交底材料

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1、发明名称: 一种新型虹吸式雨量计装置

申请专利类型:实用新型

发明人:行鸿彦,何乃龙(学生),沙奕卓(外校)

联系人及联系方式:何乃龙,手机:152******** E-mail:1037173296@https://www.360docs.net/doc/cf16738311.html,

2、所属技术领域:气象仪器仪表装置类

3、背景技术:

随着社降雨量是一种重要的气象要素,对降雨量的准确观测是气象、水文、农业等部门进行预报、决策的重要数据,所以雨量计是观测雨量的重要仪器,同时我国是一个多山国家,山地、高原和丘陵占国土面积的69%,每年都产生大量的崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害。而崩塌、滑坡和泥石流等灾害的一个主要诱发因素便是降雨。因此,如何实时、准确的获取降雨资料,对于地质灾害的预警工作显得尤为重要。

4、发明目的:

由于对降水量的观测是气象观测的重要组成部分,为天气预报、气象情报、气候分析和气象科学研究,以及社会生产建设提供资料服务,所以准确无误的降水观测显得十分重要。为实现这一目的,就必需借助于降水观测仪器。雨量计是观测降水量最常用的仪器,广泛应用于气象、水文、农业等部门,为各部门进行预报、决策提供重要数据。但由于仪器自身存在质量问题或者是由于仪器使用人员对仪器的基本结构、性能、工作原理和日常维护等方面的知识了解得不够,在使用一段时间后都会影响雨量计的正常工作或者是降低其测量的准确性。因此,要设计出能实现简洁方便并能尽可能的减小误差雨量雨量计,对于气象及相关部门还是很需要的,本设计着重对传统虹吸式雨量计的改造和降雨量误差补偿研究。

5、技术方案

一种新型虹吸式雨量计装置,通过综合考虑各种类型雨量计的原理、使用方法以及优缺点,再结合实际项目野外应用的要求, 本实用新型利用虹吸式雨量计的优势和一种通过应变式压力传感器测量降雨的大小,主要采用低功耗16位TI的430单片机作为本设计的主控单元,再结合对虹吸过程中的降雨采取算法补偿,并能远距离传输数据的全自动新型虹吸式雨量计的设计方法。它相比传统虹吸式雨量计,优势在于增加了记录虹吸过程中降雨的补偿算法,减少了测量误差,并通过数据采集器中的GSM 模块实现数据的远距离传输,从而为野外监测提供了可能;数据采集电路主要由仪用放大器,单片机,GSM 发送模块组成。

MSP430 系列的单片机最主要的特点是低功耗,考虑到F149 型号拥有硬件乘法器,使其在做高阶的滤波程序时,能有较快的处理速度;12 位的A/ D 转换器,保证了结果的分辨率和精度达到设计要求。而相比其它的雨量计,它的优势在于测量不仅不受降雨强度大小的限制, 还拥有更高的测量精度等优点。

其中,上述主控单元为MSP430F149的十六位单片机模块。

其中,上述应变式压力传感器为CYZ102型压力传感器模块。

其中,上述雨量虹吸部分为管弧度28度内径为7.3mm型号的虹吸管。

其中,上述数据远程传输为GSM BENQ M22收发模块。

其中,上述仪用放大器为AD623模块电路。

6、有益效果:

本实用新型是以MSP430F149作为系统的控制核心,通过综合考虑各种类型雨量计的原理、使用方法以及优缺点,再结合实际项目野外应用的要求,再结合对虹吸过程中的降雨采取算法补偿,并能远距离传输数据的全自动新型虹吸式雨量计的设计方法。通过数据采集器中的GSM 模块实现数据的远距离传输,从而为野外监测提供了可能;对传统老式的虹吸式雨量计进行改造,增加了数据采集、存储、计算、运程传输等功能,实现全自动化;增加了记录虹吸过程中降雨的补偿算法,减少了测量误差;另外压力传感器和控制处理器的选择增加了它的测量精度。

7、附图及简单说明

图1是本实用新型的系统结构框图。

图2是本实用新型的实物结构示意图。

图3是本实用新型的承水器内水量趋势图。

图4是本实用新型的系统程序流程图。

图1

图2

图3

图4

8、具体实施方式

结合附图,对本实用新型的实施方案进行详细说明。

本实用新型的具体框图如图1所示,其中数据采集电路主要由仪用放大器AD623,单片机MSP430F149,GSM 发送模块BENQ M22 组成。MSP430 系列的单片机最主要的特点是低功耗,电源采用1. 8~ 3. 6 V 低电压, RAM 数据保持方式下耗电仅为0. 1 uA ,活动模式耗电为250uA/ MIPS( MIPS: 每秒百万条指令数), I/ O 输入端口的漏电流最大仅50 nA[16],故非常适合应用在野外监测系统里。 另外,考虑到F149 型号拥有硬件乘法器,使其在做高阶的滤波程序时,能有较快的处理速度;12 位的A/ D 转换器,保证了结果的分辨率和精度达到设计要求。

雨量采集的装置实物图如图2所示,本系统所采用的传感器通用型压力的传感器。量程为0 ~ 2 kPa, 工作温度范围是:- 20~ 80 摄氏度,带温度补偿.通过实验验证该传感器的线性、重复性良好,分辨率能达到0.1 mm 降雨以内,能满足设计要求。当有降雨时,盛水器中的水位上升,传感器的输出电压便产生相应变化,输出的电压值经过仪用放大器放大后,送到单片机MSP430F149 进行AD 转换,最后数据经过软件滤波处理后由系统上的GSM 模块发送到上位机上的GSM 模块接收,并在电脑上显示。

当开始下雨且降雨量没有达到虹吸点高度h0 时,那么这段时间的降雨量可以通过压力传感器传给单片机的电压数据换算出来。但是当降雨量达到虹吸点高度,开始出现虹吸现象时,雨量计便工作在一种一边接水一边放水的状态。由于虹吸管排水的速度远大于降雨的速度,最终盛水器内的水还是会被排出,只是排水的时间要比没有降雨时的虹吸排水时间长一点,承水器内水量趋势图如图3所示。

如图4所示本实用新型的程序流程图,本文所设计系统在程序设计过中主要采用的是IAR 软件运用C 语言来进行编写MSP430F149单片机驱动程序的,该软件功能强大能够实现硬件在线仿真方便找出程序错误的地方,这点对于程序员在线进行调试程序来说是一个非上电/复位 系统初始化 有无降雨

是否超过了时间 进入休眠状态 唤醒系统 数据处理 发送数据

降雨是否结束 唤醒系统 降雨是否超量 发送警报

否 否 是 是 否

常大的优点,改程序主要完成了雨量数据的采集,转换与传输的功能。

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