CN1866051B - 一种雨量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种雨量计，包括集雨器、液位传感器及其信号处理电路，液位传感器为电容液位传感器，集雨器设有出水管，出水管上设有电动调节阀，设有电动调节阀控制电路，电动调节阀控制电路的输入端与控制端与信号处理电路相接，电动调节阀控制电路的输出端与电动调节阀的控制端相连。本发明通过电容液位传感器将集雨筒中雨水液位变化转换为电信号，该信号提供给信号处理电路。在整个下雨过程中，信号处理电路根据集雨筒内液位上涨或下落速率控制电动调节阀的开度，以免雨水溢出，并综合考虑液位变化速率和电动调节阀的开度推算出降雨量。本发明实现了对雨量动态测量，避免了集雨筒雨水溢出后集中泄水期间雨量信息的丧失。
Description
技术领域
本发明涉及一种雨量计。
背景技术
目前，国内外气象台(站)、水文观测站、农林系统和铁路有关部门用以测量液态降水量的装置多采用翻斗式雨量传感器或容栅式雨量传感器，相对传统的量雨筒(桶)，该类装置其主要优点是能够自动连续检测降雨量的大小，但结构复杂，价格昂贵。
发明内容
本发明针对上述各类雨量检测装置提供了一种结构简单、计量准确、性价比高和调整方便的雨量计。
本发明提供的技术方案是：一种雨量计，包括集雨器、液位传感器及其信号处理电路，液位传感器为电容液位传感器，集雨器设有出水管，出水管上设有电动调节阀，电动调节阀上设有电动调节阀控制电路，电动调节阀控制电路的输入端和电动调节阀控制电路的控制端与信号处理电路相接，电动调节阀控制电路的输出端与电动调节阀的控制端相连。
上述电容液位传感器为平面电容液位传感器，平面电容液位传感器包括绝缘基板及设置在绝缘基板上的构成平面电容两极的一对金属箔条，金属箔条表面设有绝缘层。
上述信号处理电路包括信号调理电路、A/D转换电路和微处理器，信号调理电路输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和A/D转换电路的控制端和微处理器的I/O口相接。
上述信号调理电路由正弦波发生器电路、电容液位传感器的测量电路、跟随器、反相放大电路、正弦波移相器、正弦波/方波转换电路、模拟开关、有源低通滤波器和同相放大器组成：正弦波发生器电路的输出接入跟随器输入端，跟随器的一路输出经电容液位传感器接入电容液位传感器的测量电路，另一路输出经反相放大电路接正弦波移相器输入端；正弦波移相器的输出端连接正弦波/方波转换电路的输入端，正弦波/方波转换电路的输出连接模拟开关的开关控制端，模拟开关的输入端与电容液位传感器的测量电路输出端相连，模拟开关的输出端与有源低通滤波器输入端相连，有源低通滤波器的输出经同相放大器接入A/D转换电路输入端。
本发明信号处理电路还包括看门狗电路，看门狗电路的控制脚和输出脚与微处理器的I/O口相连。
本发明信号处理电路还包括显示电路，显示电路的控制端和数据端与微处理器的I/O口相连。
本发明信号处理电路还包括通信电路，通信电路的控制端和数据端与微处理器的I/O口相连。
本发明信号处理电路还包括控制接口电路，控制接口电路由驱动三极管和继电器构成，驱动三极管输出端与继电器线圈相连，驱动三极管输入端与微处理器的I/O口相连。
本发明信号处理电路还包括实时时钟/日历电路，实时时钟/日历电路的控制端和数据端与微处理器的I/O口相连。
本发明电动调节阀控制电路由芯片DAC0832和运算放大器组成，DAC0832控制端和数据端与微处理器的I/O口相连，DAC0832输出端与运算放大器的输入端相连，运算放大器的输出端与电动调节阀的控制端相连。
本发明通过电容液位传感器将集雨筒中雨水液位转换为电信号，该信号提供给信号处理电路。集雨筒收集的雨水可通过电动调节阀泄放掉，在整个下雨过程中，信号处理电路根据集雨筒内液位上涨或下落速率决定电动调节阀的开度，以免雨水溢出。由于在集雨筒管径一定的前提下，无雨水进入集雨筒时，集雨筒不同液位高度时液位下落情况与电动调节阀开度对应关系是已知的，所以下雨时信号处理电路在每个采样周期通过电容液位传感器提供的信息得知雨量液位变化速率情况，并且根据此时电动调节阀的开度可折算出这个周期内雨量毫米数，最终累加下雨过程中所有采样周期的雨量可得出雨量总毫米数，从而实现了对雨量动态测量，避免了集雨筒雨水溢出后集中泄水期间雨量信息的丧失。本发明具有结构简单，计量准确，性价比高和调整方便等优点。
附图说明
图1是本发明电路结构框图；
图2是本发明采用平面电容液位传感器的结构示意图；
图3是本发明采用平行板式电容液位传感器的结构示意图；
图4是本发明电容液位传感器信号调理和A/D转换电路原理图；
图5是本发明看门狗电路、液晶显示电路、通信电路、控制接口电路、实时时钟/日历电路和电动调节阀控制电路以及它们分别与微处理器的连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对发明本作进一步详细的描述：
参见图1，本发明包括平面电容液位传感器及其信号调理电路1、A/D转换电路2、微处理器4、看门狗电路3、液晶显示电路5、通信电路6、控制接口电路7、实时时钟/日历电路8和电动调节阀控制电路9组成。
如图2、图3所示，本发明电容液位传感器17固定在集雨器10内部，集雨器10由绝缘材质制成，雨水由集雨器10的进水口18进入，集雨器10的出水管14上设有开度可调的电动调节阀15，集雨器10内部雨水可通过电动调节阀15泄放掉。电动调节阀15由电机16驱动来调节其开度，进而实现出水管14排水量的大小。
本发明电容液位传感器17可采用的雨量测试器中平面电容液位传感器(如图2所示)，该传感器包括绝缘基板11及镶嵌在绝缘基板11上的一对金属泊条12、13，金属泊条12、13表面设有绝缘层.所述一对金属泊条可以是两个金属泊条设在绝缘基板的一面；但最好将这一对金属泊条分成两组以加大电容极板的面积，每组金属泊条分设在绝缘基板的两面并通过底版过孔电联接，分布在同一面的金属泊条呈如图2所示的交错结构，两组金属泊条通过两条导线a、b与信号调理电路输入端相连.本发明也可采用如图3中所示的平行板式电容液位传感器17，该传感器17的两个极板12、13平行放置并分别固定在集雨器10的内侧壁或外侧壁上，或通过一绝缘材质固定成一整体，传感器17的两极通过导线a、b与信号调理电路输入端相连.电容液位传感器17两极表面紧贴绝缘、耐酸耐碱防水涂层，可感知待测液体对传感器淹没程度，即可把液位变化转换为电信号，具有灵敏度高、响应快等特点.
图4中，本发明的电容液位传感器17的信号调理电路1包括了ICL8038正弦波发生器电路，电容液位传感器17的测量电路U4，跟随器U1，反相放大电路U2A，正弦波移相器U2B，正弦波/方波转换电路U3A。如出现降雨，集雨器10雨水液位实时地转换为电容液位传感器17的输出电信号的变化后输入测量电路U4，U4输出的正弦交流电压幅度正比于电容液位传感器17的输出信号。ICL8038正弦波发生器电路的输出信号既是测量电路U4的激励源，又是正弦波移相器的参考信号源，ICL8038正弦波发生器电路的输出接入跟随器U1输入端，跟随器U1的输出一路接电容液位传感器17，另一路经反相放大电路U2A接正弦波移相器U2B输入端。正弦波移相器U2B输出至正弦波/方波转换电路U3A完成波形转换后输出至模拟开关4066A的开关控制端，模拟开关4066A的输入端与测量电路U4输出端相连，测量电路U4输出的正弦信号与移相后的同频方波通过模拟开关4066A实现相关运算，运算结果输出至有源低通滤波器U5，电容液位传感器17输出的电信号越大，有源低通滤波器U5输入信号的幅度越大，把该输入信号转换成电平信号输出的电平幅度就越大。有源低通滤波器U5的输出经同相放大器U6接入A/D转换器AD574输入端，AD574的输出端和相应控制端与微处理器AT89C51的P2P3I/O口相接，微处理器可通过I/O口读入AD574转换结果以判断出的雨量大小。
图5中，为确保微处理器可靠工作，本发明还采用了以微处理器监控芯片MAX813L为核心搭建看门狗电路，该芯片的控制脚与微处理器AT89C51的P1.7I/O脚相连，该芯片输出脚与微处理器AT89C51的REST脚相连，如由于各种干扰使微处理器AT89C51控制程序跑飞或发生掉电情况，微处理器监控芯片MAX813L将通过非门7404A、或门7432A输出复位信号以使微处理器AT89C51恢复正常运行。AT89C51的P0口输出的地址信息通过锁存器74LS373接入液晶显示电路5(液晶控制器HD44780)的控制端和电动调节阀15的控制电路中D/A转换芯片DAC0832选择端，P0口输出的数据信息则接入液晶显示电路5(液晶控制器HD44780)的数据端和D/A转换芯片DAC0832数据端。AT89C51的WR和RD脚通过与非门7400A向液晶控制器HD44780输出读写控制信号，AT89C51的WR脚输出写控制信号至DAC0832写控制端。AT89C51的串口与通信电路6(无线通讯模块PTR2000)数据端相连，由AT89C51的P1.6I/O脚输出控制信号实现通信电路6(无线通讯模块PTR2000)收发模式转换。控制接口电路7主要由驱动三极管T1、T1和继电器构成，驱动三极管输出端与继电器线圈相连，其输入端与AT89C51的I/O脚相连。电动调节阀控制电路9由芯片DAC0832和运算放大器U7组成，DAC0832将微处理器送来的数据转换成模拟信号经运算放大器U7输入电机16的控制端，由电机16驱动电动调节阀15来调节其开度，进而实现出水管14排水量的大小。本发明采用时钟/日历芯片DS1302组成实时时钟/日历电路8，该芯片控制端和数据端与微处理器AT89C51的P1.2P1.3P1.4脚相连。
本发明微处理器通过装置中液晶电路5实时显示雨量信息，同时还可根据需要，通过本发明中有线或无线通信电路把雨量信息传送出去或通过控制接口电路输出控制信号。
Claims (7)
1.一种雨量计，包括集雨器、液位传感器及其信号处理电路，其特征在于：液位传感器为电容液位传感器，集雨器设有出水管，出水管上设有电动调节阀，电动调节阀上设有电动调节阀控制电路，电动调节阀控制电路的输入端和电动调节阀控制电路的控制端与信号处理电路相接，电动调节阀控制电路的输出端与电动调节阀的控制端相连；所述电容液位传感器为平面电容液位传感器，平面电容液位传感器包括绝缘基板及设置在绝缘基板上的构成平面电容两极的一对金属箔条，金属箔条表面设有绝缘层；信号处理电路包括信号调理电路、A/D转换电路和微处理器，信号调理电路输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和A/D转换电路的控制端和微处理器的I/O口相接；信号处理电路还包括控制接口电路，控制接口电路由驱动三极管和继电器构成，驱动三极管输出端与继电器线圈相连，驱动三极管输入端与微处理器的I/O口相连。
2.根据权利要求1所述的雨量计，其特征在于：信号调理电路由正弦波发生器电路、电容液位传感器的测量电路、跟随器、反相放大电路、正弦波移相器、正弦波/方波转换电路、模拟开关、有源低通滤波器和同相放大器组成：正弦波发生器电路的输出接入跟随器输入端，跟随器的一路输出经电容液位传感器接入电容液位传感器的测量电路，另一路输出经反相放大电路接正弦波移相器输入端；正弦波移相器的输出端连接正弦波/方波转换电路的输入端，正弦波/方波转换电路的输出端连接模拟开关的开关控制端，模拟开关的输入端与电容液位传感器的测量电路输出端相连，模拟开关的输出端与有源低通滤波器输入端相连，有源低通滤波器的输出经同相放大器接入A/D转换电路输入端。
3.根据权利要求1所述的雨量计，其特征在于：信号处理电路还包括看门狗电路，看门狗电路的控制脚和输出脚与微处理器的I/O口相连。
4.根据权利要求1所述的雨量计，其特征在于：信号处理电路还包括显示电路，显示电路的控制端和数据端与微处理器的I/O口相连。
5.根据权利要求1所述的雨量计，其特征在于：信号处理电路还包括通信电路，通信电路的控制端和数据端与微处理器的I/O口相连。
6.根据权利要求1所述的雨量计，其特征在于：信号处理电路还包括实时时钟/日历电路，实时时钟/日历电路的控制端和数据端与微处理器的I/O口相连。
7.根据权利要求1所述的雨量计，其特征在于：电动调节阀控制电路由芯片DAC0832和运算放大器组成，DAC0832控制端和数据端与微处理器的I/O口相连，DAC0832输出端与运算放大器的输入端相连，运算放大器的输出端与电动调节阀的控制端相连。
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