CN104359720A - 一种全自动分时段雨水采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动分时段雨水采样装置，包括电源模块、雨水传感器、MCU、步进电机、步进电机驱动器、雨水收集模块、通讯模块及电脑上位机；电源模块分别与MCU和步进电机驱动器连接，雨水传感器与MCU连接，MCU通过通讯模块与电脑上位机连接通讯，雨水传感器起到启动整个雨水采样装置工作的作用，电脑上位机通过通讯模块控制MCU，MCU通过步进电机驱动器控制步进电机，步进电机与雨水收集模块相连实现雨水的采样。本发明实用性能高，封闭性好，同时最重要的是能将不同时间段的雨水分瓶收集，同时在自动控制方面做得更好，更人性化。

Description

一种全自动分时段雨水采样装置

技术领域

本发明属于气象环境样本采集技术领域，涉及一种雨水采样装置，特别涉及一种反映不同时段内自动采集雨水样本的采样装置。

 

背景技术

降雨是日常生活中的普遍现象，随着现在雾霾问题的不断加剧，学者专家对降雨对雾霾影响的研究逐渐增加，因此如何更好地采集雨样也成为学者关心的问题。雨水采样装置是对雨水采集的工具，它在采集雨水进而求降雨量判断雨型、分析雨水中各种化学物质含量方面发挥着重要作用。目前国内所使用的降水自动采样装置从结构上讲主要有感雨器、防尘盖、雨量计及降水收集装置等部分。下面逐一展开说明

国内现有的降水自动采样装置的感雨器从原理上分为接触式和非接触式两种，前者由栅格状的电路板及加热板构成。降雨时，雨滴使栅格板导通，雨停后通过加热烘干栅格板，使顶盖能在较短时间间隔内关闭，减少暴露时间。后者采用非接触型传感器，利用红外光电原理，具有灵敏、省电和寿命长等优点。

防尘盖密封性也是至关重要的指标。采样装置应能分别收集湿沉降(降水)和干沉降，现有的采样装置防尘装置设计中，防尘盖一般分为平开式和翻盖式两种。

雨量计作为记录降水量的一个标准方法，自动记录雨量计包括虹吸式和翻斗式两种常用类型，精度均可达到±011mm左右的降水量，翻斗式的精度与降水速率有关，在75mm/h大雨时误差约为4%。测量降雨量和降雨时间功能在传统雨量计中都已实现，原理上大致相同。

采样装置降水收集装置一般分为整场和分段两种方式，对于分段式又可分为定时型和定量型两种类型。两次采样可在设定时间进行采集的称为定时型，每当降雨量达到设定值时进行采样的称为定量型;采用定量型采样的要注意减少容器之间的混合转移，采用定时型采样的则要注意有大雨情况下溢流的预防措施。分段采样装置与相连的一系列采样瓶是通过自动控制来完成的，技术上有很大差别。

目前我国在自动雨水采集器领域内整体技术已经成熟，但是在分多时段采集雨样、将不同时段雨样分隔开来的方面尚未出现较好的技术。

 

发明内容

为了解决上述的技术问题，提供了一种感应降雨的发生、并自动收集不同时段雨水的装置。

本发明所采用的技术方案是：一种全自动分时段雨水采样装置，其特征在于：包括电源模块、雨水传感器、MCU、步进电机、步进电机驱动器、雨水收集模块、通讯模块及电脑上位机；所述的电源模块分别与所述的MCU和步进电机驱动器连接，所述的雨水传感器与所述的MCU连接，所述的MCU通过所述的通讯模块与所述的电脑上位机连接通讯，所述的雨水传感器起到启动整个雨水采样装置工作的作用，所述的电脑上位机通过所述的通讯模块控制所述的MCU，所述的MCU通过所述的步进电机驱动器控制所述的步进电机，所述的步进电机与所述的雨水收集模块相连实现雨水的采样。

作为优选，所述的雨水收集模块包括漏斗、软管、螺旋桨、支架、若干只雨水收集试管和壳体；所述的支架固定设置在所述的壳体的内部，其上等距环形设置若干通孔，所述的若干只雨水收集试管固定安装在所述的通孔内，所述的步进电机设置在所述的支架中部、其转轴垂直向上并与所述的螺旋桨固定连接；所述的漏斗设置在所述的壳体上表面，所述的软管一端连接所述的漏斗的出水口、另一端穿过所述的螺旋桨上的通孔并对准设置在支架上的其中一只雨水收集试管的试管口；所述的雨水传感器设置在所述的壳体上表面，所述的电源模块、MCU、步进电机驱动器、通讯模块设置在所述的壳体内部；所述的雨水传感器采集到下雨信号后给所述的MCU一个启动信号，使MCU控制步进电机驱动器驱动步进电机转动，所述的螺旋桨随着所述的步进电机的转动而转动，从而带动所述的软管随所述的螺旋桨一起转动，所述的MCU控制所述的步进电机以转速n转动θ角度，此时所述的螺旋桨带着所述的软管跟着步进电机转动相同θ角度，所述的软管出水口对准所述的试管，所述的步进电机停顿T时间，以使雨水收集模块采集T时段长度的雨样，如此循环，当转动一周后，步进电机停止转动，采样完成。

作为优选，所述的通讯模块主要包括无线子模块及通讯转换器，所述的MCU通过无线子模块及通讯转换器与所述的电脑上位机进行无线连接，在雨水采样装置工作的任意阶段，都能利用所述的电脑上位机给所述的MCU发送指令，修改步进电机的转速n、一次转动的角度θ、延时产生的时间间隔T三个参数。

作为优选，所述的电源模块为可充电锂电池，所述的MCU能对所述的电源模块的电压进行实时监测，并将数据发送到所述的电脑上位机，从而使操作者能实时了解所述的电源模块的电量状况。

作为优选，所述的雨水收集试管（5）为12只。

作为优选，所述的雨水采样装置还设置有稳压电路，其一端与所述的电源模块连接、另一端分别与所述的MCU和通讯模块连接。

本发明专利相对于现有技术，具有以下有益效果：

1．基于对不同时段的雨水收集，尤其是降雨初期的雨水对于气象环境的意义更加重大，本装置主要针对初期降雨的收集，从而实现对雨水的进一步分析；

2．基于螺旋桨实现软管旋转从而对不同时段雨水收集，减少对电机的损耗；

3．本发明专利提供了一种新型全自动分时段雨水采样装置，这种雨水采样装置实用性能高，封闭性好，同时最重要的是能将不同时间段的雨水分瓶收集，同时在自动控制方面做得更好，更人性化。

 

附图说明

附图1：本发明实施例的原理图。

附图2：本发明实施例的雨水收集模块结构图。

其中：1-漏斗；2-软管；3-螺旋桨；4-支架；5-试管；6-壳体。

 

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明所采用的技术方案是：一种全自动分时段雨水采样装置，包括电源模块、雨水传感器、MCU、步进电机、步进电机驱动器、雨水收集模块、通讯模块、稳压电流及电脑上位机；稳压电路一端与电源模块连接、另一端分别与MCU和通讯模块连接，电源模块分别与MCU和步进电机驱动器连接，雨水传感器与MCU连接，MCU通过通讯模块与电脑上位机连接通讯；通讯模块主要包括无线子模块及通讯转换器，MCU通过无线子模块及通讯转换器与电脑上位机进行无线连接，在雨水采样装置工作的任意阶段，都能利用电脑上位机给MCU发送指令，修改步进电机的转速n、一次转动的角度θ、延时产生的时间间隔T三个参数；电源模块为可充电锂电池，MCU能对电源模块的电压进行实时监测，并将数据发送到电脑上位机，从而使操作者能实时了解电源模块的电量状况；雨水传感器起到启动整个雨水采样装置工作的作用，电脑上位机通过通讯模块控制MCU，MCU通过步进电机驱动器控制步进电机，步进电机与雨水收集模块相连实现雨水的采样。

请见图2，本实施例的雨水收集模块包括漏斗1、软管2、螺旋桨3、支架4、12只雨水收集试管5和壳体6；支架4固定设置在壳体6的内部，其上等距环形设置12个通孔，12只雨水收集试管5固定安装在通孔内，步进电机设置在支架4中部、其转轴垂直向上并与螺旋桨3固定连接；漏斗1设置在壳体6上表面，软管2一端连接漏斗1的出水口、另一端穿过螺旋桨3上的通孔并对准设置在支架4上的其中一只雨水收集试管5的试管口；雨水传感器设置在壳体6上表面，电源模块、MCU、步进电机驱动器、通讯模块设置在壳体6内部；雨水传感器采集到下雨信号后给MCU一个启动信号，使MCU控制步进电机驱动器驱动步进电机转动，螺旋桨3随着步进电机的转动而转动，从而带动软管2随螺旋桨3一起转动，MCU控制步进电机以转速n转动θ角度，此时螺旋桨3带着软管2跟着步进电机转动相同θ角度，软管2出水口对准试管2，步进电机停顿T时间，以使雨水收集模块采集T时段长度的雨样，如此循环，当转动一周后，步进电机停止转动，采样完成。

下面将以收集10分钟降雨为例，对本实用全自动分时段雨水采样装置的工作原理进行详细阐述。

本文所设计的全自动雨水采样装置，利用24V电池给整个系统供电，通过电池直接给步进电机驱动器提供24V电源，通过稳压电路，给MCU提供稳定的5V电源。工作时，MCU开始处于待机状态，当有雨滴滴在雨水传感器上时，雨水传感器将雨水信息自动传给MCU，MCU接受到启动信号后，MCU按照系统预设的工作条件给步进电机驱动器控制信号，使步进电机按照程序设定的速度和时间间隔（1 min为收集雨水时间，此时间随着降雨强度的改变而变化）开始工作，漏斗承接雨水，步进电机从而带动收集装置的软管旋转从而将10 min的初级雨水收集到不同试管中。

MCU通过无线子模块与电脑上位机进行无线连接，在装置工作的任意阶段，都可以利用电脑上位机给MCU发送指令，修改步进电机的转速、间隔时间以及一次转动的角度。另外，由于装置采用电池供电，而电池电量是有限的，为了避免出现电池电量耗尽而没有及时更换电池或充电的情况，电脑上位机还集成了电量检测功能，MCU对电池的电压进行实时监测，并将数据发送到电脑上位机，使操作者能够在电脑上而不需要将电池拆下，就能方便的实时监测电池的电量，极大的提供了系统的易用性。

本装置利用雨水传感器，实现装置的自动启动，利用电脑上位机与MCU进行交互，实现对装置的实时监测与控制，完全达到了自动雨量装置自动控制的要求。

尽管本说明书较多地使用了漏斗1、软管2、螺旋桨3、支架4、试管5、壳体6、电源模块、雨水传感器、MCU、步进电机、步进电机驱动器、雨水收集模块、通讯模块及电脑上位机等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种全自动分时段雨水采样装置，其特征在于：包括电源模块、雨水传感器、MCU、步进电机、步进电机驱动器、雨水收集模块、通讯模块及电脑上位机；所述的电源模块分别与所述的MCU和步进电机驱动器连接，所述的雨水传感器与所述的MCU连接，所述的MCU通过所述的通讯模块与所述的电脑上位机连接通讯，所述的雨水传感器起到启动整个雨水采样装置工作的作用，所述的电脑上位机通过所述的通讯模块控制所述的MCU，所述的MCU通过所述的步进电机驱动器控制所述的步进电机，所述的步进电机与所述的雨水收集模块相连实现雨水的采样。

2.根据权利要求1所述的全自动分时段雨水采样装置，其特征在于：所述的雨水收集模块包括漏斗（1）、软管（2）、螺旋桨（3）、支架（4）、若干只雨水收集试管（5）和壳体（6）；所述的支架（4）固定设置在所述的壳体（6）的内部，其上等距环形设置若干通孔，所述的若干只雨水收集试管（5）固定安装在所述的通孔内，所述的步进电机设置在所述的支架（4）中部、其转轴垂直向上并与所述的螺旋桨（3）固定连接；所述的漏斗（1）设置在所述的壳体（6）上表面，所述的软管（2）一端连接所述的漏斗（1）的出水口、另一端穿过所述的螺旋桨（3）上的通孔并对准设置在支架（4）上的其中一只雨水收集试管（5）的试管口；所述的雨水传感器设置在所述的壳体（6）上表面，所述的电源模块、MCU、步进电机驱动器、通讯模块设置在所述的壳体（6）内部；所述的雨水传感器采集到下雨信号后给所述的MCU一个启动信号，使MCU控制步进电机驱动器驱动步进电机转动，所述的螺旋桨（3）随着所述的步进电机的转动而转动，从而带动所述的软管（2）随所述的螺旋桨（3）一起转动，所述的MCU控制所述的步进电机以转速n转动θ角度，此时所述的螺旋桨（3）带着所述的软管（2）跟着步进电机转动相同θ角度，所述的软管（2）出水口对准所述的试管（2），所述的步进电机停顿T时间，以使雨水收集模块采集T时段长度的雨样，如此循环，当转动一周后，步进电机停止转动，采样完成。

3.根据权利要求1所述的全自动分时段雨水采样装置，其特征在于：所述的通讯模块主要包括无线子模块及通讯转换器，所述的MCU通过无线子模块及通讯转换器与所述的电脑上位机进行无线连接，在雨水采样装置工作的任意阶段，都能利用所述的电脑上位机给所述的MCU发送指令，修改步进电机的转速n、一次转动的角度θ、延时产生的时间间隔T三个参数。

4.根据权利要求1所述的全自动分时段雨水采样装置，其特征在于：所述的电源模块为可充电锂电池，所述的MCU能对所述的电源模块的电压进行实时监测，并将数据发送到所述的电脑上位机，从而使操作者能实时了解所述的电源模块的电量状况。

5.根据权利要求2所述的全自动分时段雨水采样装置，其特征在于：所述的雨水收集试管（5）为12只。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的全自动分时段雨水采样装置，其特征在于：所述的雨水采样装置还设置有稳压电路，其一端与所述的电源模块连接、另一端分别与所述的MCU和通讯模块连接。