CN110632682A - 一种降雨信息智慧检测装置及方法 - Google Patents

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CN110632682A CN201910875230.5A CN201910875230A CN110632682A CN 110632682 A CN110632682 A CN 110632682A CN 201910875230 A CN201910875230 A CN 201910875230A CN 110632682 A CN110632682 A CN 110632682A
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周平
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    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

本发明涉及一种降雨信息智慧检测装置及方法，属于气象信息检测技术领域。该装置包括降雨信息检测模块，用于检测降雨起止信息、液位信息和液位测量管内的温湿度信息；数据处理模块，用于对降雨信息进行传输、存储、分析与处理，形成数据信息，数据信息包括降雨量、降雨强度和降雨历时；物联网服务器，用于将处理后降雨信息发送至用户手机终端，同时将用户手机终端操作指令发送至数据处理模块，远程控制降雨信息检测模块执行动作；以及用户手机终端。本发明结构简单，成本低，测量精度高，检测各种降雨量等级的降雨信息，通过物联网及时发送降雨信息至用户手机终端，用户在线实时查看降雨信息，通过手机对装置远程操控，实现降雨信息的智慧检测。

Description

一种降雨信息智慧检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种降雨信息智慧检测装置及方法，属于气象信息检测技术领域。
背景技术
雨量计被广泛应用于水利、农业、气象、交通等领域，主要用于降雨量、降雨强度、降雨历时等降雨数据检测。目前使用较多的雨量计有：翻斗式雨量计、虹吸式雨量计、称重式雨量计。但这些雨量计在使用过程中却发现存在以下缺点：①承雨口大多采用漏斗式承雨口进行收集降雨，这种结构容易被树叶等杂物堵塞，影响降雨信息的检测；②降雨太小或过大时无法进行准确测量，导致测量精度不高；③缺少降雨起止信息的准确检测，不能准确反映降雨历时信息；④由于长期在野外检测，雨量计的机械结构常常因为锈蚀而导致检测误差。国外使用光学检测技术研发的雨滴谱仪能准确地检测降雨量、降雨强度、降雨历时等信息，如德国的Parsivel雨滴谱仪和LAM雨滴谱仪，但由于其安装复杂、体积较大，不易安装，并且价格昂贵，难以被广泛应用。
超声波技术凭借其方向性好、灵敏度高等优点，被广泛用于金属探索、测距、水位和流量等检测。在工业领域，通常使用超声波传感器在容器外壁进行液位检测，由于室内的温湿度因素波动不大，容易进行温湿度补偿修正。将超声波安装在桶底进行降雨液位检测，但野外环境因素角度，使得超声波受环境温湿度、风速、容器壁和降雨温度等因素影响，导致降雨量、降雨强度、降雨历时等降雨数据信息检测不精准，尤其是降雨历时这一数据信息，因此现有的超声波雨量计也没有被广泛推广使用。
如何设计出低成本、检测精度高，且能实现降雨信息在线查看与远程操控的降雨信息检测装置并未见报道。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种降雨信息智慧检测装置及方法，本发明结构简单，成本低，测量精度高，可以满足各种降雨量等级的降雨信息检测，并运用物联网技术将降雨信息及时发生至用户手机终端，用户可以在线实时查看降雨信息，也能通过手机对装置进行远程操控，实现降雨信息的智慧检测。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种降雨信息智慧检测装置，
包括降雨信息检测模块，用于检测降雨起止信息、液位信息和液位测量管内的温湿度信息；
数据处理模块，用于对降雨信息进行传输、存储、分析与处理，形成数据信息，数据信息包括降雨量、降雨强度和降雨历时；
物联网服务器，用于将处理后降雨信息发送至用户手机终端，同时将用户手机终端操作指令发送至数据处理模块，远程控制降雨信息检测模块执行动作；
用户手机终端。
所述降雨信息检测模块包括顶端开口的盛雨桶2、液位测量管3、超声波传感器4、温湿度传感器5、雨水传感器6，液位测量管3竖直设置在盛雨桶2外侧且与盛雨桶2底部连通，超声波传感器4、温湿度传感器5均设置在液位测量管3的顶部且其感应探头延伸至液位测量管3的腔体内，盛雨桶2的底部设置有进水口17和排水口18，进水口17外接进水管，排水口18外接排水管，雨水传感器6设置在盛雨桶2外侧，雨水传感器6的雨水传感器接线端21、超声波传感器4的超声波传感器接线端22、温湿度传感器5的温湿度传感器接线端23分别通过信号线与数据处理模块连接。
所述盛雨桶2的顶端开口处设置有与盛雨桶2腔体连通的刃状承雨口1，液位测量管3的底端通过弯管12与盛雨桶2底部连通，超声波传感器4通过管套14设置在液位测量管3顶部且超声波传感器4与液位测量管3同轴，温湿度传感器5嵌入管套14中。
进一步地，所述刃状承雨口1通过承雨口底座11的卡槽与盛雨桶2顶端同轴连接，超声波传感器4通过紧固螺母15固定在管套14上，液位测量管3的顶端外壁通过连接杆13与盛雨桶2顶部的外壁固定连接；刃状承雨口1和盛雨桶2的内径相同，液位测量管3的内径为40~50 mm，超声波传感器4的束波角不大于10°，测量盲区31为50 mm。
所述进水管依次与宝塔式水管接头10、直接头16、进水电磁阀7和盛雨桶2的进水口17连接形成加水通道，进水电磁阀7的进水电磁阀接线端26通过信号线与数据处理模块相接。
所述排水管上设置有流量计9和排水电磁阀8，排水电磁阀8的排水电磁阀接线端24、流量计9的流量计接线端25分别通过信号线与数据处理模块相接。
所述雨水传感器6通过可旋转的连接杆27设置在固定架19上。
进一步地，所述固定架19的顶端开有球缺形凹槽，连接杆27的底端为球体，球体嵌设在球缺形凹槽内且可在球缺形凹槽内转动，雨水传感器6倾斜固定设置在连接杆27顶端。
更进一步地，所述雨水传感器6包括降雨起始信号检测部件29和降雨停歇信号检测部件30，降雨起始信号检测部件29为PCB印制电路板的雨水感应电路，向数据处理模块发送低电平信号；降雨停歇信号检测部件30固定设置在PCB印制电路板的中心，降雨停歇信号检测部件30包括支撑板，支撑板上开设有间距为2±0.1mm的两条回型线槽，两条回型线槽内分别嵌设有雨水感应线28，雨水感应线28向数据处理模块发送低电平信号或高电平信号。
优选的，所述两条回型线槽的顶端凸起设置有弧形倒角，可避免雨滴下落时飞溅；
当雨滴滴落在降雨起始信号检测部件表面时，向数据处理模块发送低电平信号，快速响应降雨起始信号；由于整个雨水传感器具有倾斜角度，回型线槽能将雨水快速排出，当没有雨滴下落时，两根雨水感应线间形成断路，向数据处理模块发送高电平信号，快速相应降雨停歇信号。
所述温湿度传感器5将液位测量管3中的温度和湿度发送至数据处理模块，对超声波传感器4进行温湿度补偿；
当盛雨桶2的降雨高度达到超声波测量盲区31时，数据处理模块控制排水电磁阀8排水，并启动流量计9计算排水量，将排水量信号反馈到数据处理模块，由数据处理模块将排水量信号换算为降雨量；
降雨信息智慧检测方法，采用降雨信息智慧检测装置，具体步骤如下：
（1）系统初始化，数据处理模块控制进水电磁阀和排水电磁阀，超声波传感器检测当前液位，若盛雨桶液位低于100mm，启动进水电磁阀加水至盛雨桶的初始液位达到100mm若盛雨桶液位高于100mm时，启动排水电磁阀排水至盛雨桶的初始液位达到100mm；以排除弯管对超声波传感器检测的干扰；
（2）雨水传感器未检测到降雨信息，系统进入睡眠待机状态，并定时给盛雨桶补水至盛雨桶液位为90~100mm；
（3）雨水传感器检测到降雨起始信息，启动超声波传感器检测当前液位，每隔2min循环测量液位，并通过液位差除以间隔时间计算降雨强度；雨水传感器检测到雨停歇信息时，启动超声波传感器检测降雨停歇时的液位和时间，并中断循环；
（4）盛雨桶液位高于250mm，启动排水电磁阀和流量计进行定时排水，流量计检测排水流量并将排水流量数据通过信号线传送给数据处理模块，数据处理模块通过排水时间和排水量计算出降雨量；排水结束后返回步骤（3）；
（5）数据处理模块接收降雨检测信息后，对降雨检测信息进行存储、分析、计算出此次降雨过程的数据信息，数据信息包括降雨量、降雨强度和降雨历时；
（6）数据处理模块通过物联网服务器将此次降雨过程的数据信息和盛雨桶液位发送至手机终端，手机终端显示此次降雨过程的数据信息和盛雨桶液位，手机终端通过物联网服务器向数据处理模块发送加水指令、排水指令或液位初始化指令。
本发明的有益效果：
（1）本发明的降雨信息智慧检测装置通电后，用户只需要持有手机，便可随时随地通过手机APP进行查看，并及时做出相应的决策；
（2）本发明的降雨信息智慧检测装置使用敞口式承雨口替代传统漏斗式承雨口，并在承雨口下端增加筛网，不仅阻挡杂物，还能对雨滴下落消能，减小水面波动，避免其他因素影响检测；
（3）本发明的降雨信息智慧检测装置改进传统雨水传感器，能准确判断连续和间歇性降雨的起止时间；
（4）本发明的降雨信息智慧检测装置超声波传感器安装在液位测量管中，有效避免空气流动对检测产生的影响，并由检测数据滤波处理，提高了降雨信息的检测精度；
（5）本发明的降雨信息智慧检测装置结构简单，没有机械传动结构，容易安装，能满足用户的检测需求，成本低。
附图说明
图1为降雨信息智慧检测装置结构示意图；
图2为降雨信息检测模块主视图；
图3为降雨信息检测模块右视图；
图4为降雨信息检测模块俯视图；
图5为雨水传感器结构示意图；
图6为盛雨桶、液位测量管、超声波传感器和温湿度传感器配合示意图；
图中：1-刃状承雨口，2-盛雨桶，3-液位测量管，4-超声波传感器，5-温湿度传感器，6-雨水传感器，7-进水电磁阀，8-排水电磁阀，9-流量计，10-宝塔式水管接头，11-承雨口底座，12-弯管，13-连接杆，14-管套，15-紧固螺母，16-直接头，17-进水口，18-排水口，19-固定架，20-紧固螺丝，21-雨水传感器接线端，22-超声波传感器接线端，23-温湿度传感器接线端，24-排水电磁阀接线端，25-流量计接线端，26-进水电磁阀接线端，27-可转动的连接杆，28-雨水感应线28，29-降雨起始信号检测部件，30-降雨停歇信号检测部件，31-测量盲区。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种降雨信息智慧检测装置，
包括降雨信息检测模块，用于检测降雨起止信息、液位信息和液位测量管内的温湿度信息；
数据处理模块，用于对降雨信息进行传输、存储、分析与处理，形成数据信息，数据信息包括降雨量、降雨强度和降雨历时；
物联网服务器，用于将处理后降雨信息发送至用户手机终端，同时将用户手机终端操作指令发送至数据处理模块，远程控制降雨信息检测模块执行动作；
用户手机终端；
所述降雨信息检测模块包括顶端开口的盛雨桶2、液位测量管3、超声波传感器4、温湿度传感器5、雨水传感器6，液位测量管3竖直设置在盛雨桶2外侧且与盛雨桶2底部连通，超声波传感器4、温湿度传感器5均设置在液位测量管3的顶部且其感应探头延伸至液位测量管3的腔体内，盛雨桶2的底部设置有进水口17和排水口18，进水口17外接进水管，排水口18外接排水管，雨水传感器6设置在盛雨桶2外侧，雨水传感器6的雨水传感器接线端21、超声波传感器4的超声波传感器接线端22、温湿度传感器5的温湿度传感器接线端23分别通过信号线与数据处理模块连接。
实施例2：如图1~6所示，一种降雨信息智慧检测装置，
包括降雨信息检测模块，用于检测降雨起止信息、液位信息和液位测量管内的温湿度信息；
数据处理模块，用于对降雨信息进行传输、存储、分析与处理，形成数据信息，数据信息包括降雨量、降雨强度和降雨历时；
物联网服务器，用于将处理后降雨信息发送至用户手机终端，同时将用户手机终端操作指令发送至数据处理模块，远程控制降雨信息检测模块执行动作；
用户手机终端；
所述降雨信息检测模块包括顶端开口的盛雨桶2、液位测量管3、超声波传感器4、温湿度传感器5、雨水传感器6，液位测量管3竖直设置在盛雨桶2外侧且与盛雨桶2底部连通，超声波传感器4、温湿度传感器5均设置在液位测量管3的顶部且其感应探头延伸至液位测量管3的腔体内，盛雨桶2的底部设置有进水口17和排水口18，进水口17外接进水管，排水口18外接排水管，雨水传感器6设置在盛雨桶2外侧，雨水传感器6的雨水传感器接线端21、超声波传感器4的超声波传感器接线端22、温湿度传感器5的温湿度传感器接线端23分别通过信号线与数据处理模块连接；
所述盛雨桶2的顶端开口处设置有与盛雨桶2腔体连通的刃状承雨口1，液位测量管3的底端通过弯管12与盛雨桶2底部连通，超声波传感器4通过管套14设置在液位测量管3顶部且超声波传感器4与液位测量管3同轴，温湿度传感器5嵌入管套14中；
所述刃状承雨口1通过承雨口底座11的卡槽与盛雨桶2顶端同轴连接，超声波传感器4通过紧固螺母15固定在管套14上，液位测量管3的顶端外壁通过连接杆13与盛雨桶2顶部的外壁固定连接；刃状承雨口1和盛雨桶2的内径相同，液位测量管3的内径为40~50 mm，超声波传感器4的束波角不大于10°，测量盲区31为50 mm；
所述进水管依次与宝塔式水管接头10、直接头16、进水电磁阀7和盛雨桶2的进水口17连接形成加水通道，进水电磁阀7的进水电磁阀接线端26通过信号线与数据处理模块相接；
所述排水管上设置有流量计9和排水电磁阀8，排水电磁阀8的排水电磁阀接线端24、流量计9的流量计接线端25分别通过信号线与数据处理模块相接；
所述雨水传感器6通过可旋转的连接杆27设置在固定架19上；
所述固定架19的顶端开有球缺形凹槽，连接杆27的底端为球体，球体嵌设在球缺形凹槽内且可在球缺形凹槽内转动，雨水传感器6倾斜固定设置在连接杆27顶端；
所述雨水传感器6包括降雨起始信号检测部件29和降雨停歇信号检测部件30，降雨起始信号检测部件29为PCB印制电路板的雨水感应电路，向数据处理模块发送低电平信号；降雨停歇信号检测部件30固定设置在PCB印制电路板的中心，降雨停歇信号检测部件30包括支撑板，支撑板上开设有间距为2±0.1 mm的两条回型线槽，两条回型线槽内分别嵌设有雨水感应线28，雨水感应线28向数据处理模块发送低电平信号或高电平信号；
所述两条回型线槽的顶端凸起设置有弧形倒角，可避免雨滴下落时飞溅；
当雨滴滴落在降雨起始信号检测部件表面时，向数据处理模块发送低电平信号，快速响应降雨起始信号；由于整个雨水传感器具有倾斜角度，回型线槽能将雨水快速排出，当没有雨滴下落时，两根雨水感应线间形成断路，向数据处理模块发送高电平信号，快速相应降雨停歇信号；
所述温湿度传感器5将液位测量管3中的温度和湿度发送至数据处理模块，对超声波传感器4进行温湿度补偿；
当盛雨桶2的降雨高度达到超声波测量盲区31时，数据处理模块控制排水电磁阀8排水，并启动流量计9计算排水量，将排水量信号反馈到数据处理模块，由数据处理模块将排水量信号换算为降雨量。
实施例3：降雨信息智慧检测方法，采用降雨信息智慧检测装置，具体步骤如下：
（1）系统初始化，数据处理模块控制进水电磁阀和排水电磁阀，超声波传感器检测当前液位，若盛雨桶液位低于100mm，启动进水电磁阀加水至盛雨桶的初始液位达到100mm若盛雨桶液位高于100mm时，启动排水电磁阀排水至盛雨桶的初始液位达到100mm；以排除弯管对超声波传感器检测的干扰；
（2）雨水传感器未检测到降雨信息，系统进入睡眠待机状态，并定时给盛雨桶补水至盛雨桶液位为90~100mm；
（3）雨水传感器检测到降雨起始信息，启动超声波传感器检测当前液位，每隔2min循环测量液位，并通过液位差除以间隔时间计算降雨强度；雨水传感器检测到雨停歇信息时，启动超声波传感器检测降雨停歇时的液位和时间，并中断循环；
（4）盛雨桶液位高于250mm，启动排水电磁阀和流量计进行定时排水，流量计检测排水流量并将排水流量数据通过信号线传送给数据处理模块，数据处理模块通过排水时间和排水量计算出降雨量；排水结束后返回步骤（3）；
（5）数据处理模块接收降雨检测信息后，对降雨检测信息进行存储、分析、计算出此次降雨过程的数据信息，数据信息包括降雨量、降雨强度和降雨历时；
（6）数据处理模块通过物联网服务器将此次降雨过程的数据信息和盛雨桶液位发送至手机终端，手机终端显示此次降雨过程的数据信息和盛雨桶液位，手机终端通过物联网服务器向数据处理模块发送加水指令、排水指令或液位初始化指令。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种降雨信息智慧检测装置，其特征在于：
包括降雨信息检测模块，用于检测降雨起止信息、液位信息和液位测量管内的温湿度信息；
数据处理模块，用于对降雨信息进行传输、存储、分析与处理，形成数据信息，数据信息包括降雨量、降雨强度和降雨历时；
物联网服务器，用于将处理后降雨信息发送至用户手机终端，同时将用户手机终端操作指令发送至数据处理模块，远程控制降雨信息检测模块执行动作；
用户手机终端。
2.根据权利要求1所述降雨信息智慧检测装置，其特征在于：降雨信息检测模块包括顶端开口的盛雨桶（2）、液位测量管（3）、超声波传感器（4）、温湿度传感器（5）、雨水传感器（6），液位测量管（3）竖直设置在盛雨桶（2）外侧且与盛雨桶（2）底部连通，超声波传感器（4）、温湿度传感器（5）均设置在液位测量管（3）的顶部且其感应探头延伸至液位测量管（3）的腔体内，盛雨桶（2）的底部设置有进水口（17）和排水口（18），进水口（17）外接进水管，排水口（18）外接排水管，雨水传感器（6）设置在盛雨桶（2）外侧，雨水传感器（6）的雨水传感器接线端（21）、超声波传感器（4）的超声波传感器接线端（22）、温湿度传感器（5）的温湿度传感器接线端（23）分别通过信号线与数据处理模块连接。
3.根据权利要求2所述降雨信息智慧检测装置，其特征在于：盛雨桶（2）的顶端开口处设置有与盛雨桶（2）腔体连通的刃状承雨口（1），液位测量管（3）的底端通过弯管（12）与盛雨桶（2）底部连通，超声波传感器（4）通过管套（14）设置在液位测量管（3）顶部且超声波传感器（4）与液位测量管（3）同轴，温湿度传感器（5）嵌入管套（14）中。
4.根据权利要求3所述降雨信息智慧检测装置，其特征在于：刃状承雨口（1）通过承雨口底座（11）的卡槽与盛雨桶（2）顶端同轴连接，超声波传感器（4）通过紧固螺母（15）固定在管套（14）上，液位测量管（3）的顶端外壁通过连接杆（13）与盛雨桶（2）顶部的外壁固定连接；刃状承雨口（1）和盛雨桶（2）的内径相同，液位测量管（3）的内径为40~50 mm，超声波传感器（4）的束波角不大于10°，测量盲区（31）为50 mm。
5.根据权利要求2所述降雨信息智慧检测装置，其特征在于：进水管依次与宝塔式水管接头（10）、直接头（16）、进水电磁阀（7）和盛雨桶（2）的进水口（17）连接形成加水通道，进水电磁阀（7）的进水电磁阀接线端（26）通过信号线与数据处理模块相接。
6.根据权利要求2所述降雨信息智慧检测装置，其特征在于：排水管上设置有流量计（9）和排水电磁阀（8），排水电磁阀（8）的排水电磁阀接线端（24）、流量计（9）的流量计接线端（25）分别通过信号线与数据处理模块相接。
7.根据权利要求2所述降雨信息智慧检测装置，其特征在于：雨水传感器（6）通过可旋转的连接杆（27）设置在固定架（19）上。
8.根据权利要求7所述降雨信息智慧检测装置，其特征在于：固定架（19）的顶端开有球缺形凹槽，连接杆（27）的底端为球体，球体嵌设在球缺形凹槽内且可在球缺形凹槽内转动，雨水传感器（6）倾斜固定设置在连接杆（27）顶端。
9.根据权利要求8所述降雨信息智慧检测装置，其特征在于：雨水传感器（6）包括降雨起始信号检测部件（29）和降雨停歇信号检测部件（30），降雨起始信号检测部件（29）为PCB印制电路板的雨水感应电路，向数据处理模块发送低电平信号；降雨停歇信号检测部件（30）固定设置在PCB印制电路板的中心，降雨停歇信号检测部件（30）包括支撑板，支撑板上开设有间距为2±0.1 mm的两条回型线槽，两条回型线槽内分别嵌设有雨水感应线（28），雨水感应线（28）向数据处理模块发送低电平信号或高电平信号。
10.降雨信息智慧检测方法，其特征在于，采用降雨信息智慧检测装置，具体步骤如下：
（1）系统初始化，数据处理模块控制进水电磁阀和排水电磁阀，超声波传感器检测当前液位，若盛雨桶液位低于100mm，启动进水电磁阀加水至盛雨桶的初始液位达到100mm若盛雨桶液位高于100mm时，启动排水电磁阀排水至盛雨桶的初始液位达到100mm；以排除弯管对超声波传感器检测的干扰；
（2）雨水传感器未检测到降雨信息，系统进入睡眠待机状态，并定时给盛雨桶补水至盛雨桶液位为90~100mm；
（3）雨水传感器检测到降雨起始信息，启动超声波传感器检测当前液位，每隔2min循环测量液位，并通过液位差除以间隔时间计算降雨强度；雨水传感器检测到雨停歇信息时，启动超声波传感器检测降雨停歇时的液位和时间，并中断循环；
（4）盛雨桶液位高于250mm，启动排水电磁阀和流量计进行定时排水，流量计检测排水流量并将排水流量数据通过信号线传送给数据处理模块，数据处理模块通过排水时间和排水量计算出降雨量；排水结束后返回步骤（3）；
（5）数据处理模块接收降雨检测信息后，对降雨检测信息进行存储、分析、计算出此次降雨过程的数据信息，数据信息包括降雨量、降雨强度和降雨历时；
（6）数据处理模块通过物联网服务器将此次降雨过程的数据信息和盛雨桶液位发送至手机终端，手机终端显示此次降雨过程的数据信息和盛雨桶液位，手机终端通过物联网服务器向数据处理模块发送加水指令、排水指令或液位初始化指令。
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