CN107065039A - 一种零能耗野外暴雨监测装置及监测方法 - Google Patents

一种零能耗野外暴雨监测装置及监测方法 Download PDF

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李向舜
林路凯
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Abstract

本发明涉及雨水检测技术领域，特指一种零能耗野外暴雨监测装置及监测方法,包括发电机叶片、转轴测量模块、单片机、信号发射模块与发电机，发电机叶片固定于发电机的转轴上，发电机电连接于单片机，单片机电连接于信号发射模块，信号发射模块对应设置有远程监控装置，转轴测量模块一端电连接于发电机的转轴上，另一端电连接于单片机上。本发明采用这样的结构设置，不需要通过外界供电，可直接通过发电机利用降雨提供电能，并且将余雨量信息通过无线信号传输出去，使有关部门能更加及时准确的了解到降水量的大小，保护好周边群众的生命财产安全。通过水能转化为电能，驱动单片机工作，不需要外界电能供给，零能耗、免维护，节约了成本。

Description

一种零能耗野外暴雨监测装置及监测方法
技术领域
本发明涉及雨水检测技术领域，特指一种零能耗野外暴雨监测装置及监测方法。
背景技术
目前降水量的监测主要由气象局在特定地点完成，以某一地点的降水量表征当地的平均降水量，在某些特定山区，由于降水量过大更容易造成泥石流等自然灾害，危害附近居民的正常生产生活，由于山区地势复杂，不便安装气象设备，并且维护困难，导致洪涝信息不能及时传送出去，对灾后安全工作造成一定不便。
降水量的测量一般采用雨量器，这种方法需要人为定时检测，山区等复杂地形不容易进行维护，因此不利于开展，电子设备在野外受供电及天气状况影响较大，维护成本高。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种零能耗野外暴雨监测装置及监测方法，不需要通过外界供电，可直接通过发电机利用降雨提供电能，并且将余雨量信息通过无线信号传输出去，使有关部门能更加及时准确的了解到降水量的大小，保护好周边群众的生命财产安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种零能耗野外暴雨监测装置，包括发电机叶片、转轴测量模块、单片机、信号发射模块与发电机，发电机叶片固定于发电机的转轴上，发电机电连接于单片机，单片机电连接于信号发射模块，信号发射模块对应设置有远程监控装置，转轴测量模块一端电连接于发电机的转轴上，另一端电连接于单片机上。
进一步而言，所述发电机通过整流模块电连接于单片机。
进一步而言，所述单片机采用低功耗单片机CC2530。
一种零能耗野外暴雨监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤一、暴雨形成的水流流经发电机叶片时驱动发电机叶片转动，发电机叶片的转动带动发电机的转轴工作，发电机的转轴的旋转驱动电机进行发电；
步骤二、当降水量大到一定程度时，发电机发出的电能通过整流模块驱动单片机工作，同时，通过转轴测量模块可测出发电机的转轴的转速，单片机通过转轴测量模块所测的转速计算水流速与水流量，从而判断降水量；
步骤三、单片机正常工作时，通过信号发射模块不断将数据无线传输出去，通过远程监控装置能够远程监测当地实时降雨情况；
步骤四、当降水量小到一定程度时，发电机产生的电能不足以驱动单片机工作，则无法将数据传输出去。
本发明有益效果：
1.通过水能转化为电能，驱动单片机工作，不需要外界电能供给，零能耗、免维护，节约了成本；
2.只有在水流量大到一定程度时，单片机才开始工作，否则不工作，即意味水流量很小，达不到灾害情况；
3.采用信号发射装置无线传输数据，比传统有线数据传输更便捷，大大节约了电线的成本。
附图说明
图1是本发明整体结构图；
图2是本发明工作原理图；
图3是发电机工作原理图。
1.发电机叶片；2.转轴测量模块；3.单片机；4.信号发射模块；5.导线；6.发电机；7.暴雨形成的水流；8.整流电路；9.人工或机器处理；10.转轴。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1至图3所示，本发明所述一种零能耗野外暴雨监测装置，包括发电机叶片1、转轴测量模块2、单片机3、信号发射模块4与发电机6，发电机叶片1固定于发电机6的转轴10上，发电机6通过导线5电连接于单片机3，单片机3电连接于信号发射模块4，信号发射模块4对应设置有远程监控装置，转轴测量模块2一端电连接于发电机6的转轴10上，另一端电连接于单片机3上。以上所述构成本发明基本结构。
本发明采用这样的结构设置，发电机6通过导线5给单片机3供电，单片机3电连接于信号发射模块4，用于把单片机3采集到的数据和运算结果通过信号发射模块4传送出去，转轴测量模块2一端电连接于发电机6的转轴10上，用于测量转轴10的转速，另一端电连接于单片机3上，用于数据传输。根据实际情况，在山洪暴雨多发地区多布置本装置，使暴雨信息更加准确具体，其工作原理：暴雨形成的水流7达到一定水流量时，流经发电机叶片1时使电动机6产生电能，电动机6电连接于单片机3，产生的电能驱动单片机3工作，从而实现采用水能发电，不需要外界电能供给的目的，同时通过转轴测量模块2测量转轴10的转速，再将信息输入到单片机3，单片机3将收集到的信号计算出水流速与水流量，从而判断降水量，通过信号发射模块4实时发射至远程监控装置，最后通过人工或机器处理9。另外，本发明所述信号发射模块4可根据实际情况，将节点信号传输到不同中转装置，再由中转装置统一发送给控制中心对数据进行人为或者机器的分析处理，执行相应的操作。通过水能转化为电能，驱动单片机工作，不需要外界电能供给，零能耗、免维护，节约了成本。
更具体而言，所述发电机6通过整流模块8电连接于单片机3。整流模块8的作用是把交流电转换成直流电的装置。
更具体而言，所述单片机3采用低功耗单片机CC2530。优选的，综合考虑成本及功耗问题，使用基于Zigbee技术的CC2530，CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4的Zigbee和RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案，结合了德州仪器的业界领先的黄金单元Zigbee协议栈，尤其适应超低功耗要求的系统，只需要低能耗即可使用，非学点适用本装置。
一种零能耗野外暴雨监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤一、暴雨形成的水流7流经发电机叶片1时驱动发电机叶片1转动，发电机叶片1的转动带动发电机6的转轴10工作，发电机6的转轴10的旋转驱动电机6进行发电；通过雨能转化为机械能，再从机械能转化为电能的原理。
步骤二、当水流量大到一定程度时，发电机6发出的电能通过整流模块8驱动单片机3工作，同时，通过转轴测量模块2可测出发电机6的主轴10的转速，单片机3通过转轴测量模块2所测的转速计算水流速与水流量，从而判断降水量；整流模块8的作用是把交流电转换成直流电的装置，从而给单片机3供电，同时转轴测量模块2与单片机3电连接，发电机6发出的电可实现整个装置的用电，不需要外界电能供给，零能耗。
步骤三、单片机3正常工作时，通过信号发射模块4不断将数据无线传输出去，通过远程监控装置能够远程监测当地实时降雨情况；通过远程监控可以远距离撑握当地降雨量的大小，从而推断灾情的大小，便于应对。
步骤四、当水流量小到一定程度时，发电机6产生的电能不足以驱动单片机3工作，则无法将数据传输出去。远程接收不到信号即代表当地降雨量的大小还未达到灾情的情况。
本发明所述单片机3预先设有水流量的标尺，同时发电机6也预设有发电标尺，只有在水流量大到一定程度时，使转轴10达到高速旋转数，才能驱动发电机6发电，单片机3才开始工作，否则不工作，即意味水流量很小，达不到灾害情况，同时也在单片机3内预设有定位系统，便于远程发射时知道当地地理位置。
另外，如果在硬件条件不允许的情况下，也可以使用GSM通过短信或者流量的方式进行数据的传输，使用更保险，采用信号发射模块4无线传输数据，比传统有线数据传输更便捷，大大节约了导线5的成本。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种零能耗野外暴雨监测装置，其特征在于：包括发电机叶片(1)、转轴测量模块(2)、单片机(3)、信号发射模块(4)与发电机(6)，所述发电机叶片(1)固定于发电机(6)的转轴(10)上，所述发电机(6)电连接于单片机(3)，所述单片机(3)电连接于信号发射模块(4)，所述信号发射模块(4)对应设置有远程监控装置，所述转轴测量模块(2)一端电连接于发电机(6)的转轴(10)上，另一端电连接于单片机(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种零能耗野外暴雨监测装置，其特征在于：所述发电机(6)通过整流模块(8)电连接于单片机(3)。
3.根据权利要求1所述的一种零能耗野外暴雨监测装置，其特征在于：所述单片机(3)采用低功耗单片机CC2530。
4.一种零能耗野外暴雨监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、暴雨形成的水流(7)流经发电机叶片(1)时驱动发电机叶片(1)转动，发电机叶片(1)的转动带动发电机(6)的转轴(10)工作，发电机(6)的转轴(10)的旋转驱动电机(6)进行发电；
步骤二、当水流量大到一定程度时，发电机(6)发出的电通过整流模块(8)可驱动单片机(3)工作，同时，通过转轴测量模块(2)可测出发电机(6)的转轴(10)的转速，单片机(3)通过转轴测量模块(2)所测的转速计算水流速与水流量，从而判断降水量；
步骤三、单片机(3)正常工作时，通过信号发射模块(4)不断将数据无线传输出去，通过远程监控装置能够远程监测当地实时降雨情况；
步骤四、当水流量小到一定程度时，发电机(6)产生的电能不足以驱动单片机(3)工作，则无法将数据传输出去。
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