CN105136519A - 一种自动雨水径流收集器 - Google Patents

Abstract

一种自动雨水径流收集器，属于雨水收集检测技术领域。主要由雨水传感器、电路控制模块、电磁阀、液位浮球开关、电磁阀线路控制模块、室外雨水取样器、室外输水管路、室内集水器、室内采样瓶、空气缓冲瓶、取样台、真空泵、控制电源几部分组成；系统设备自动启动与关闭，自动化程度高，操作简单，一人操控代替多人操作。

Description

一种自动雨水径流收集器

技术领域

本发明属于雨水收集检测技术领域，本发明涉及一种自动雨水径流收集器。

背景技术

当前市场上推出的各类雨水收集器其操作简单、自动化强、准确性高，但大多只是对天然雨水(落地前)的直接采样，而针对径流的采样装置还不多见，同时采样装置局限于单一地点雨水采样，一人只能完成一处实验，无法实现多地点同时取样及进行室内远程控作。

本套收集器旨在针对雨水径流的自动取样的装置。它自动化强、操作简便、一人操作代替多人操控，无需太多手动操作，且进行室内远程控制即可，同时能够多个地点同一时间同时取样以及一个地点不同时间点的取样，可以为现代科研提供很多便利。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种自动雨水径流收集器。

一种自动雨水径流收集器，其特征在于，主要由雨水传感器(4)、电路控制模块(5)、电磁阀、液位浮球开关(11)、电磁阀线路控制模块(6)、室外雨水取样器(1)、室外输水管路(3)、室内集水器(10)、室内采样瓶(16)、空气缓冲瓶(9)、取样台(17)、真空泵(8)、控制电源(7)几部分组成。

雨水传感器(4)位于室外，通过电路依次与室内的电路控制模板(5)、控制电源(7)连接，同时控制电源(7)与真空泵(8)电路连接，真空泵(8)与空气缓冲瓶(9)管路连通；取样台(17)上固定多个并行独立的室内集水器(10)，室内集水器(10)为玻璃倒口瓶，瓶底侧面还有一个口，称为瓶底口，室内集水器(10)密封，每个室内集水器(10)的下端的瓶口通过放水电磁阀(15)与室内采样瓶(16)连接，每个室内集水器(10)内设有进水管，进水管通过室内集水器(10)下端的瓶口与进水电磁阀(13)连接；每个室内集水器(10)瓶底口与抽真空电磁阀(12)连接，同时每个室内集水器(10)瓶底口还与通气电磁阀(14)连接，每个室内集水器(10)还设有液位浮球开关(11)；每个室内集水器(10)的放水电磁阀(15)、进水电磁阀(13)、抽真空电磁阀(12)、通气电磁阀(14)、液位浮球开关(11)均与电磁阀线路控制模块(6)连接；每个室内集水器(10)的抽真空电磁阀(12)通过一条总管道与空气缓冲瓶(9)连接；室外雨水取样器(1)通过室外输水管路(3)与某一个室内集水器(10)的进水电磁阀(13)连通。

上述一种自动雨水径流收集器，还可以进一步配备多个室外雨水取样器(1)分别与多个室内集水器(10)连通，解决多点同时的问题。

本发明一种自动雨水径流收集器的收集雨水方法，降雨时雨滴降落在雨水传感器的接受面板上时，电路控制模块的单片机判断为有足够雨强的雨水滴落，电路控制模块的继电器延迟1分钟后开启控制电源开关从而使真空泵开始工作，此时室内集水器中的液位浮球开关处于开启状态，进水电磁阀和抽真空电磁阀也处于开启状态，而通气电磁阀和出水电磁阀则处于关闭状态；真空泵通过抽真空管将室内集水器里的空气抽出使集水器内形成负压，室外雨水在大气压强差的作用下通过雨水输水管路引入集水器，当集水器里的雨水达到一定的位置高度时，液位浮球阀自动关闭，向电磁阀控制模块发出信号，此时抽真空电磁阀和进水电磁阀关闭，通气电磁阀和放水电磁开启，此时集水器内空气进入，内外压强差为0，集水器中的雨水通过自身重力作用引入雨水样品瓶中；当集水器中的雨水流完后，液位浮球阀自动下落则阀门开启，向电磁阀控制模块发出信号，抽真空电磁阀和进水电磁阀在电磁阀控制模块的作用下自动开启，通气电磁阀和放水电磁阀自动关闭，抽真空开始，取样继续；当雨水传感器上的感应板没有雨滴或者雨滴量变小时，单片机判断为没有雨水滴落，继电器不动作，延迟1分钟后控制电源自动关闭，真空泵停止工作，收集完成。此时在电路控制器模块显示屏上显示的时间即为降雨历时。整个自动收集工作完成。

本发明收集器的优势：

(1)解决多点同时取样问题，统一不同下垫面各取样点的取样时间；

(2)获取同一地点不同时间段的雨水径流水样；

(3)获取不同地点同一时段的雨水径流水样；

(4)系统设备自动启动与关闭，自动化程度高，操作简单，一人操控代替多人操作，无需过多的手动操作；

(5)无需在现场冒雨取样，多个地点同时取样，保证统一的产流时间；自动显示整个降雨过程的降雨时间。

附图说明

图1为收集器的装置简图；

图2室内集水器结构图；

图3室外取样器结构图；

图4电路控制模块流程图；

图5电磁阀线路控制模块流程图。

1室外雨水取样器；2铁圈三脚架；3室外输水管路；4雨水传感器；5电路控制模块；6电磁阀线路控制模块；7控制电源；8真空泵；9缓冲瓶；10室内集水器；11液位浮球开关；12抽真空电磁阀；13进水电磁阀；14通气电磁阀；15放水电磁阀；16采样瓶；17操作台；A室内；B室外。

具体实施方法

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

收集器的装置简图见图1，自动雨水径流收集器由雨水传感器、电路控制模板、电磁阀、液位浮球开关、电磁阀线路控制模块、室外雨水取样器、室外输水管路、室内集水器、室内采样瓶、空气缓冲瓶、取样台、真空泵等几部分组成。其室内集水器结构图、室外取样器结构图、电路控制模块流程图、电磁阀线路控制模块流程图见图2-5。

雨水传感器

雨水传感器由雨滴湿度检测探头、外接延长杜邦线、可调电阻器电阻按钮、电平信号指示灯、直流电源转换器等组成。雨水传感器接上5V直流电源，电源指示灯亮，感应板上没有水滴时，DO输出为高电平，开关指示灯灭，滴上一滴水，DO输出为低电平，开关指示灯亮；当刷掉上面的水滴，又恢复到，输出高电平状态。AO模拟输出，可以连接单片机的AD口检测滴在上面的雨量大小。DOTTL数字输出也可以连接单片机检测是否有雨。

1、传感器采用高品质FR-04双面材料，超大面积5.0*4.0CM,并用镀镍处理表面，具有对抗氧化，导电性，及寿命方面更优越的性能；

2、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA；

3、配电位器调节灵敏度；

4、工作电压3.3V-5V

5、输出形式：数字开关量输出(0和1)和模拟量AO电压输出；

6、设有固定螺栓孔，方便安装

7、小板PCB尺寸：3.2cmx1.4cm

8、使用宽电压LM393比较器

接线方式：(使用的1,2,3):1)、VCC:接电源正极(3-5V)；2)、GND:接电源负极；3)、DO:TTL开关信号输出；4)、AO:模拟信号输出

电路控制器模块

电路控制器模块是整个自动控制的核心，它主要包括：电压比较器、单片机(STM32)、继电器(SRD-12VDC-SL-C)、显示屏、变压器(AC-DC)。控制器模块的型号为STM32F103RCT6(3.3V供电)，它的电源部分：输入为直流12V，经过稳压器(LM2576)降压为5V，5V经过稳压器AMS1117降压为3.3V。其中电路采用光耦隔离；液晶显示型号HS19264-8。

调节雨水传感器中的可调电阻器的电阻(范围为：0～330Ω)。当有雨水滴落时雨水传感器的接受面板的表面电阻阻值大于可调电位器的当前阻值，输出给单片机TTL低电平，单片机判断为有雨水滴落，继电器延迟1分钟后动作；当雨水传感器上的感应板没有雨滴或者雨滴量变小时，产生的表面电阻阻值小于可调电位器的当前阻值，输出给单片机TTL高电平，单片机判断为没有雨水滴落，继电器不动作。(接受雨水传感器的低/高信号，控制继电器开/闭；控制显示屏显示实时数据。单片机与继电器的端口，单片机输出1，继电器关闭，输出0，继电器动作。)

降雨时雨滴降落在雨水传感器的接受面板上时，单片机判断为有足够雨强的雨水滴落，继电器延迟1分钟后开启控制电源开关从而使真空泵开始工作。真空泵通过抽真空管将室内集水器里的空气抽出使集水器内形成负压，室外雨水在大气压强差的作用下通过雨水输水管路引入集水器，当集水器里的水达到一定的位置高度时，液位浮球阀自动关闭，向电磁阀控制模块发出信号，此时抽真空电磁阀和进水电磁阀关闭，通气电磁阀和放水电磁开启，此时集水器内空气进入，内外压强差为0，雨水通过自身重力作用引入雨水样品瓶中；当集水器中的水流完后，液位浮球阀自动下落则阀门开启，向电磁阀控制模块发出信号，抽真空电磁阀和进水电磁阀在电磁阀控制模块的作用下自动开启，通气电磁阀和放水电磁阀自动关闭，抽真空开始，取样继续。当雨水传感器上的感应板没有雨滴或者雨滴量变小时，单片机判断为没有雨水滴落，继电器不动作，延迟1分钟后开关电源自动关闭，真空泵停止工作，收集完成。此时在显示屏上显示的时间即为降雨历时。

室外取样器

每一取样点放置一个室外雨水取样器，室外取水器由500ml的塑料饮料瓶制成，在塑料瓶盖上打孔，与内径6mm的输水管路相连，注意连接处要严格密封，塑料瓶底部打直径6mm的进水孔3个，呈梅花状排列，靠近瓶底的四周均匀打直径6mm的进水孔6个，接着把瓶子放进高约为12cm带有三脚架的钢圈里，主要起固定瓶身、防止瓶身倾斜的作用，输水管插入砂粒直至瓶底，以保证取到产流第一时刻的水样。

室外输水管路

输水管路采用直径6mm的塑料管，铺设通过道路的输水管路要加套钢管，若架设来自屋顶的输水管路时要注意尽量避免死弯，以保证输水通畅。另外，各取样点要使用不同颜色的输水管路，以便于检查维护。

室内集水器

每一取样点对应一个室内集水器，室内集水器采用2500ml的玻璃倒口瓶，瓶顶和瓶底各有一个口，依次排列倒置架设在操作台后面板上。其顶口安置放水管路和进水管路，放水管路插进瓶口即可，以保证即时取样，而进水管路则应到达瓶底，以防使用时出现淹没出流状态，在倒口瓶的底部侧向瓶口安置通气管路和抽真空管路，通气管路与大气连通，抽真空管路则通过空气缓冲瓶与真空泵相连。集水瓶的各管路上分别安装放水阀、通气阀及抽真空阀，以控制系统运行。

室内采样瓶

每个室内集水器的放水管路对应一个室内采样瓶，采样瓶取自普通容量为450ml的饮料瓶，依次排列在操作台面板上。每次取样的样品瓶要保证事前清洁干净，根据每个室外取样点的取样数量，来确定样品瓶的个数，且标记号顺序，依次排列。

空气缓冲瓶

缓冲瓶采用直径为20cm，高为30cm，厚度约5mm的玻璃瓶，瓶口有两个孔口，其中一个孔口连接进气管路，另一个孔口连接抽气管路，进气管路连接各取样点的室内集水器负责把集水器里的空气抽出形成负压，抽气管路连接真空泵，当真空泵开启时抽气管不停地向缓冲瓶抽气，从而间接地把室内集水器的空气抽出形成负压。缓冲瓶的作用是缓解空气压力，同时也起液体和气体分离的作用。

操作台

操作台分为垂直后面板和平行操作板两部分，操作台的侧面剖面为h型。材质采用12mm厚的木屑压制木板，木板外层为PVC白色塑料膜包裹。垂直后面板悬挂室内集水器，并按一定的间距依次水平排列，同时采用铁丝固定住，保证无法移动。平行操作板也是操作台，上面摆放样品瓶，盛放取好的样品。同时每次取样后及时清理取样台，保证台面整洁。

真空泵

根据管路铺设情况，选用型号为XZ-0.5真空泵一台，流量50L/min，真空压力一般在0.08Mpa左右(单级),进气接口Φ6mm，功率60w。

电磁阀线路控制模块

当液位浮球开关关闭时，输出信号为“1”的关闭信号给单片机，单片机输出高电平控制信号，控制继电器A失电，抽真空电磁阀和进水电磁阀自动关闭，输出高电平控制信号控制继电器B，放水电磁阀和通气电磁阀自动开启。当液位浮球阀开启时，输出信号为“0”的开启信号给单片机，单片机输出低电平控制信号，控制继电器A通电，抽真空电磁阀和进水电磁阀自动开启，输出高电平控制信号控制继电器B，放水电磁阀和通气电磁阀自动关闭。

雨水收集操作步骤

可按水质监测方案要求的时间间隔放取水样，若有一个集水瓶流进雨水径流，则开始计时，其它集水器也以此时开始划分时间间隔段，等雨水到达集水器预设高度则自动放空所有集水器，将水样分别装入样品瓶，并贴好标签，对于不到取样时间间隔点时，集水瓶中水面已接近瓶顶，应放水至样品瓶，并记录放水时间，贴好标签，作为加测水样，或作为弃水处理，这样可防止雨水流入空气缓冲瓶，同时也可保证集水瓶中的水样是刚从取样点抽取的最新水样。但在确定的时间间隔点仍要放空所有集水器中的集水,以保证在规定的时间间隔点有采集水样。取水样和弃水时，可自动开启和关闭通气电磁阀和放水电磁阀，将水样放入样品瓶或弃水瓶。

降雨结束后传感器信号断开，约1min后真空泵自动关闭。此时单片机的显示屏的显示时间即为降雨历时。

Claims (3)

1.一种自动雨水径流收集器，其特征在于，主要由雨水传感器(4)、电路控制模块(5)、电磁阀、液位浮球开关(11)、电磁阀线路控制模块(6)、室外雨水取样器(1)、室外输水管路(3)、室内集水器(10)、室内采样瓶(16)、空气缓冲瓶(9)、取样台(17)、真空泵(8)、控制电源(7)几部分组成；

雨水传感器(4)位于室外，通过电路依次与室内的电路控制模板(5)、控制电源(7)连接，同时控制电源(7)与真空泵(8)电路连接，真空泵(8)与空气缓冲瓶(9)管路连通；取样台(17)上固定多个并行独立的室内集水器(10)，室内集水器(10)为玻璃倒口瓶，瓶底侧面还有一个口，称为瓶底口，室内集水器(10)密封，每个室内集水器(10)的下端的瓶口通过放水电磁阀(15)与室内采样瓶(16)连接，每个室内集水器(10)内设有进水管，进水管通过室内集水器(10)下端的瓶口与进水电磁阀(13)连接；每个室内集水器(10)瓶底口与抽真空电磁阀(12)连接，同时每个室内集水器(10)瓶底口还与通气电磁阀(14)连接，每个室内集水器(10)还设有液位浮球开关(11)；每个室内集水器(10)的放水电磁阀(15)、抽真空电磁阀(12)、通气电磁阀(14)、进水电磁阀(13)和液位浮球开关(11)均与电磁阀线路控制模块(6)连接；每个室内集水器(10)的抽真空电磁阀(12)通过一条总管道与空气缓冲瓶(9)连接；室外雨水取样器(1)通过室外输水管路(3)与某一个室内集水器(10)的进水电磁阀(13)连通。

2.按照权利要求1的一种自动雨水径流收集器，其特征在于，进一步配备多个室外雨水取样器(1)分别与多个室内集水器(10)连通，解决多点同时的问题。

3.权利要求1的一种自动雨水径流收集器收集雨水的方法，其特征在于，降雨时雨滴降落在雨水传感器的接受面板上时，电路控制模块的单片机判断为有足够强的雨水滴落，电路控制模块的继电器延迟1分钟开启控制电源开关从而使真空泵开始工作，此时室内集水器中的液位浮球开关处于开启状态，进水电磁阀和抽真空电磁阀也处于开启状态，而通气电磁阀和出水电磁阀则处于关闭状态；真空泵通过抽真空管将室内集水器里的空气抽出使集水器内形成负压，室外雨水在大气压强差的作用下通过雨水输水管路引入集水器，当集水器里的水达到一定的位置高度时，液位浮球阀自动关闭，向电磁阀控制模块发出信号，此时抽真空电磁阀和进水电磁阀关闭，通气电磁阀和放水电磁开启，此时集水器内空气进入，内外压强差为0，集水器中的雨水通过自身重力作用引入雨水样品瓶中；当集水器中的雨水流完后，液位浮球阀自动下落则液位浮球开关开启，向电磁阀控制模块发出信号，抽真空电磁阀和进水电磁阀在电磁阀控制模块的作用下自动开启，通气电磁阀和放水电磁阀自动关闭，抽真空开始，取样继续；当雨水传感器上的感应板没有雨滴或者雨滴量变小时，单片机判断为没有雨水滴落，继电器不动作，延迟1分钟后控制电源自动关闭，真空泵停止工作，收集完成；此时在电路控制器模块显示屏上显示的时间即为降雨历时；整个自动收集工作完成。