TW202001292A - 物聯網雨量監測系統及其監測方法 - Google Patents

Abstract

一種物聯網雨量監測系統及其監測方法，包括：集雨單元，用以接存雨水並透過集雨單元下方設置孔洞使雨水流通；雨量桶，設置於監測模組下方，用以儲存集雨單元流出雨水；監測模組，設置於該集雨單元與該雨量桶之間，其中更包括一處理單元、一感測單元、一網路傳輸單元以及一衛星定位單元；以及連通管，設置於雨量桶內部，並與監測模組互相連接，連通管下方與雨量桶底部具有進水空間，使連通管內水面高度與雨量桶內水面高度一致；其中，連通管設置於感測單元正下方，透過感測單元發射超音波至連通管內雨水水面，用以取得雨量資訊。

Description

物聯網雨量監測系統及其監測方法

本發明是有關於一種物聯網雨量監測系統，且特別是有關於一種透過探測波監測雨量的系統及其監測方法。

台灣平均年雨量約為世界平均值的三倍，且大部分降雨都集中在少數的幾場暴雨事件中，加上地形陡峭使暴雨產生的逕流流出山地時，快速蓄積在坡度平緩的平地，宣洩不及造成洪水氾濫。一旦梅雨、颱風帶來豪大雨，將造成土石鬆動、溪水暴漲、農業損害等災情，對人民生命財產造成嚴重損害，因此希望透過雨量的即時監測，來減少不必要的損失。

但事實上，氣象局所用設備價格不斐，動輒上萬元起跳，平常人更是無法取得，且氣象局只針對各個行政區架設一個感測站，無法針對特定地點和時間進行觀測，佈置地點無法依照實際需求去改變。

本發明提供一種物聯網雨量監測系統及其監測方法，其目的是將雨量桶和探測波感測器結合，希望針對容易發生雨水災害的地點做進行即時監測，將數值經由分析及計算，再透過物聯網網路回傳詳細雨量資料給使用者，讓使用者可以隨時掌握各地區的雨量，以預防災難的發生。

本發明物聯網雨量監測系統，包括：一集雨單元、一監測模組、一雨量桶以及一連通管。該集雨單元，用以接存雨水並透過該集雨單元下方設置一孔洞使雨水流通；該雨量桶，設置於該監測模組下方，用以儲存該集雨單元流出雨水；該監測模組，設置於該集雨單元與該雨量桶之間，其中更包括一處理單元、 一感測單元、一網路傳輸單元以及一衛星定位單元；以及該連通管，設置於該雨量桶內部，並與該監測模組互相連接，該連通管下方與該雨量桶底部具有一進水空間，使該連通管內水面高度與該雨量桶內水面高度一致；其中，該連通管設置於該感測單元正下方，透過該感測單元發射一超音波至該連通管內雨水水面，並接收反射後超音波，透過該處理單元計算雨水的一液面高度，用以取得一雨量資訊；其中，該衛星定位單元取得該物聯網雨量監測系統的一定位資訊，透過該網路傳輸單元傳送該雨量資訊以及該定位資訊至使用者。

在本發明之一實施例中，上述之監測模組更包括一防水外殼，內部形成一防水空間。

在本發明之一實施例中，上述之監測模組更包括一水平感測單元，用以感測該物聯網雨量監測系統的水平狀態，並當傾斜超過設定角度時，透過該網路傳輸單元傳送一警示資訊。

在本發明之一實施例中，上述之網路傳輸單元更包括一有線傳輸方式以及一無線傳輸方式，其中該無線傳輸方式係透過一ZigBee無線網路協定、一藍芽無線網路協定、一WiFi無線網路協定、一RFID無線網路協定或一紅外線無線網路協定傳輸。

在本發明之一實施例中，上述之監測模組更包括一顯示單元，用以顯示該雨量資訊。

在本發明之一實施例中，上述之雨量桶更包括一排水開關，透過該處理單元於滿水位時控制排水。

在本發明之一實施例中，上述之感測單元，更包括一超音波發射器、一超音波接收器以及一控制電路，透過使用者設定，於該超音波發射器發射20千赫茲至50千赫茲(kHz)的超音波至雨水水面後反射，並透過該超音波接收器所反射的超音波。

在本發明之一實施例中，上述之感測單元，更包括一光波發射器、一光波接收器以及一控制電路，透過使用者設定，於該光波發射器發射光波至雨水水面後反射，並透過該光波接收 器所反射的光波。

本發明還提供了一種物聯網雨量監測方法，步驟包括：透過一集雨單元，用以接存雨水並透過該集雨單元下方設置一孔洞使雨水流至一雨量桶；透過一連通管，設置於該雨量桶內部，並與一監測模組互相連接，該連通管下方與該雨量桶底部具有一進水空間，使該連通管內雨水的水面高度與該雨量桶內水面高度一致；透過該監測模組的一感測單元，發射一探測波至該連通管內雨水水面，並接收反射後探測波，取得一往返時間、一介質傳輸速度以及一傳輸角度；透過該監測模組的一處理單元，依據該往返時間、該介質傳輸速度以及該傳輸角度計算雨水的一液面高度，用以取得一雨量資訊；透過該監測模組的一衛星定位單元取得該雨量桶的一定位資訊；以及透過該監測模組的一網路傳輸單元傳送該雨量資訊以及該定位資訊。

在本發明之一實施例中，上述之透過該監測模組的一網路傳輸單元傳送該雨量資訊以及該定位資訊的步驟中，更包括：透過該監測模組的一水平感測單元感測該雨量桶的水平狀態，並當傾斜超過設定角度時，透過該網路傳輸單元傳送一警示資訊。

在本發明之一實施例中，上述之透過該監測模組的一感測單元，發射一探測波至該連通管內雨水水面，並接收反射後探測波，取得一往返時間、一介質傳輸速度以及一傳輸角度的步驟中，更包括：透過該感測單元的一超音波發射器或一光波發射器其中之一、一超音波接收器或一光波發射器其中之一以及一控制電路，依據使用者設定，於該超音波發射器或該光波發射器其中之一發射探測波至雨水水面後反射，並透過該超音波接收器或該光波接收器其中之一所反射的探測波。

本發明更提供了一種使用物聯網雨量監測系統，包括：一集雨單元、一監測模組、一雨量桶以及一連通管。該集雨單元，用以接存雨水並透過該集雨單元下方設置一孔洞使雨水流 通；該雨量桶，設置於該監測模組下方，用以儲存該集雨單元流出雨水；該監測模組，設置於該集雨單元與該雨量桶之間，其中更包括一處理單元、一感測單元、一網路傳輸單元以及一衛星定位單元；以及該連通管，設置於該雨量桶內部，並與該監測模組互相連接，該連通管下方與該雨量桶底部具有一進水空間，使該連通管內水面高度與該雨量桶內水面高度一致；其中，該連通管設置於該感測單元正下方，透過該感測單元發射頻率為20千赫茲至50千赫茲的一超音波至該連通管內雨水水面，並接收反射後超音波，透過該處理單元依據一超音波感測器距離測量公式計算雨水的一液面高度，用以取得一雨量資訊；其中，該衛星定位單元取得該物聯網雨量監測系統的一定位資訊，透過該網路傳輸單元傳送該雨量資訊以及該定位資訊至使用者。

在本發明之一實施例中，上述之監測模組更包括一防水外殼，內部形成一防水空間。

在本發明之一實施例中，上述之監測模組更包括一水平感測單元，用以感測該物聯網雨量監測系統的水平狀態，並當傾斜超過設定角度時，透過該網路傳輸單元傳送一警示資訊。

在本發明之一實施例中，上述之網路傳輸單元更包括一有線傳輸方式以及一無線傳輸方式，其中該無線傳輸方式係透過一ZigBee無線網路協定、一藍芽無線網路協定、一WiFi無線網路協定、一RFID無線網路協定或一紅外線無線網路協定傳輸。

在本發明之一實施例中，上述之監測模組更包括一顯示單元，用以顯示該雨量資訊。

在本發明之一實施例中，上述之雨量桶更包括一排水開關，透過該處理單元於滿水位時控制排水。

在本發明之一實施例中，上述之感測單元，更包括一超音波發射器、一超音波接收器以及一控制電路，透過使用者設定，於該超音波發射器發射20千赫茲至50千赫茲的超音波至雨水水面後反射，並透過該超音波接收器所反射的超音波。

本發明的效果在於，此物聯網雨量監測系統透過超音波感測器結合雨量桶進行雨量的偵測，藉由物聯網網路回傳的數值進行分析，透過即時傳輸設置地點的雨量資訊，讓使用者能隨時隨地觀察，進而降低突發性大雨所帶來的災害。

110‧‧‧集雨單元

120‧‧‧監測模組

121‧‧‧處理單元

122‧‧‧感測單元

123‧‧‧網路傳輸單元

124‧‧‧衛星定位單元

130‧‧‧雨量桶

140‧‧‧連通管

S210~S260‧‧‧步驟流程

310‧‧‧集雨單元

311‧‧‧孔洞

320‧‧‧監測模組

321‧‧‧感測單元

322‧‧‧雨水水面

330‧‧‧雨量桶

340‧‧‧連通管

D1‧‧‧垂直距離

圖1是根據本發明之物聯網雨量監測系統實施例的單元方塊圖。

圖2是根據本發明之物聯網雨量監測方法實施例的步驟流程圖。

圖3是根據本發明之物聯網雨量監測系統實施例的裝置示意圖。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1是根據本發明之物聯網雨量監測系統實施例的單元方塊圖。在圖1中，物聯網雨量監測系統包括一集雨單元110、一監測模組120、一雨量桶130以及一連通管140。該集雨單元110，用以接存雨水並透過該集雨單元110下方設置一孔洞使雨水流通；該雨量桶130，設置於該監測模組120下方，用以儲存該集雨單元110流出雨水；該監測模組120，設置於該集雨單元110與該雨量桶130之間，其中更包括一處理單元121、一感測單元122、一網路傳輸單元123以及一衛星定位單元124；以及該連通管140，設置於該雨量桶130內部，並與該監測模組120互相連接，該連通管140下方與該雨量桶130底部具有一進水空間，使該連通管140內水面高度與該雨量桶130內水面高度一致；其中，該連通管140設置於該感測單元122正下方，透過該感測單元122發射一探測波至該連通管140內雨水水面，並接收反射後探測波，透過該處理單元 121計算雨水的一液面高度，用以取得一雨量資訊；其中，該衛星定位單元124取得該物聯網雨量監測系統的一定位資訊，透過該網路傳輸單元123傳送該雨量資訊以及該定位資訊至使用者。

於本實施例中，該監測模組更包括一防水外殼，內部形成一防水空間。

於本實施例中，該監測模組更包括一水平感測單元，用以感測該物聯網雨量監測系統的水平狀態，並當傾斜超過設定角度時，透過該網路傳輸單元傳送一警示資訊。

於本實施例中，該網路傳輸單元更包括一有線傳輸方式以及一無線傳輸方式，其中該無線傳輸方式係透過一ZigBee無線網路協定、一藍芽無線網路協定、一WiFi無線網路協定、一RFID無線網路協定或一紅外線無線網路協定傳輸。

於本實施例中，該監測模組更包括一顯示單元，用以顯示該雨量資訊。

於本實施例中，該雨量桶更包括一排水開關，透過該處理單元於滿水位時控制排水。

於本實施例中，該感測單元更包括一超音波發射器、一超音波接收器以及一控制電路，透過使用者設定，於該超音波發射器發射20千赫茲至50千赫茲的超音波至雨水水面後反射，並透過該超音波接收器所反射的超音波。

於本實施例中，該感測單元，更包括一光波發射器、一光波接收器以及一控制電路，透過使用者設定，於該光波發射器發射光波至雨水水面後反射，並透過該光波接收器所反射的光波。

圖2是根據本發明之物聯網雨量監測方法實施例的步驟流程圖，步驟流程如下：

步驟S210：透過集雨單元，用以接存雨水並透過集雨單元下方設置孔洞使雨水流至雨量桶。

步驟S220：透過連通管，設置於雨量桶內部，並與監 測模組互相連接，連通管下方與雨量桶底部具有進水空間，使連通管內雨水的水面高度與雨量桶內水面高度一致。

步驟S230：透過監測模組的感測單元，發射探測波至連通管內雨水水面，並接收反射後探測波，取得往返時間、介質傳輸速度以及傳輸角度。

步驟S240：透過監測模組的處理單元，依據往返時間、介質傳輸速度以及傳輸角度計算雨水的液面高度，用以取得雨量資訊。

步驟S250：透過監測模組的衛星定位單元取得雨量桶的定位資訊。

步驟S260：透過監測模組的網路傳輸單元傳送雨量資訊以及定位資訊。

於本實施例中，透過該監測模組的一水平感測單元感測該雨量桶的水平狀態，並當傾斜超過設定角度時，透過該網路傳輸單元傳送一警示資訊。

於本實施例中，透過該感測單元的一超音波發射器或一光波發射器其中之一、一超音波接收器或一光波發射器其中之一以及一控制電路，依據使用者設定，於該超音波發射器或該光波發射器其中之一發射探測波至雨水水面後反射，並透過該超音波接收器或該光波接收器其中之一所反射的探測波。

圖3是根據本發明之物聯網雨量監測系統實施例的裝置示意圖，說明如下：

圖3：在本發明實施例中，包括集雨單元310，用以接存雨水並透過集雨單元310下方設置孔洞311使雨水流通至雨量桶330；集雨單元310下方設置監測模組320，其中更包括處理單元、感測單元321、網路傳輸單元以及衛星定位單元；雨量桶330，設置於監測模組320下方，用以儲存集雨單元310流出雨水；以及連通管340，設置於雨量桶330內部，並與監測模組320互相連接，連通管340下方與雨量桶330底部間有一垂直距離D1的進水空間，透過該 進水空間使連通管340內水面高度與雨量桶330內水面高度一致；其中，連通管340設置於感測單元321正下方，透過感測單元321發射頻率為20千赫茲至50千赫茲的超音波至連通管340內雨水水面322，並接收反射後超音波，透過處理單元依據超音波感測器距離測量公式計算雨水的液面高度，用以取得雨量資訊。

於本實施例中，該監測模組更包括一防水外殼，內部形成一防水空間。

於本實施例中，該監測模組更包括一水平感測單元，用以感測該物聯網雨量監測系統的水平狀態，並當傾斜超過設定角度時，透過該網路傳輸單元傳送一警示資訊。

於本實施例中，該監測模組更包括一顯示單元，用以顯示該雨量資訊。

於本實施例中，該雨量桶更包括一排水開關，透過該處理單元於滿水位時控制排水。

於本實施例中，該感測單元，更包括一超音波發射器、一超音波接收器以及一控制電路，透過使用者設定，於該超音波發射器發射20千赫茲至50千赫茲的超音波至雨水水面後反射，並透過該超音波接收器所反射的超音波。

於本實施例中，該超音波感測器距離測量公式為：L=ΔT‧c2‧cos θ，其中L為超音波感測器至水面距離，ΔT為超音波往返時間，C為介質的傳輸速度，cos θ為傳輸角度，以超音波發射音波到反射後所得到的時間差來換算距離。

綜上所述，本發明可利用探測波感測器結合雨量桶進行雨量的偵測，藉由物聯網網路回傳的數值進行分析，透過即時傳輸設置地點的雨量資訊，讓使用者能隨時隨地觀察，進而降低突發性大雨所帶來的災害。

雖然本發明以前述實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，所作更動與潤飾之等效替換，仍為本發明之專利保護範圍內。

310‧‧‧集雨單元

311‧‧‧孔洞

320‧‧‧監測模組

321‧‧‧感測單元

322‧‧‧雨水水面

330‧‧‧雨量桶

340‧‧‧連通管

D1‧‧‧垂直距離

Claims (10)

1. 一種物聯網雨量監測系統，包括：一集雨單元，用以接存雨水並透過該集雨單元下方設置一孔洞使雨水流通；一雨量桶，設置於該監測模組下方，用以儲存該集雨單元流出雨水；一監測模組，設置於該集雨單元與該雨量桶之間，其中更包括一處理單元、一感測單元、一網路傳輸單元以及一衛星定位單元；以及一連通管，設置於該雨量桶內部，並與該監測模組互相連接，該連通管下方與該雨量桶底部具有一進水空間，使該連通管內水面高度與該雨量桶內水面高度一致；其中，該連通管設置於該感測單元正下方，透過該感測單元發射一探測波至該連通管內雨水水面，並接收反射後探測波，透過該處理單元計算雨水的一液面高度，用以取得一雨量資訊；其中，該衛星定位單元取得該物聯網雨量監測系統的一定位資訊，透過該網路傳輸單元傳送該雨量資訊以及該定位資訊至使用者。
2. 如申請專利範圍第1項所述的物聯網雨量監測系統，其中該監測模組更包括一水平感測單元，用以感測該物聯網雨量監測系統的水平狀態，並當傾斜超過設定角度時，透過該網路傳輸單元傳送一警示資訊。
3. 如申請專利範圍第1項所述的物聯網雨量監測系統，其中該網路傳輸單元更包括一有線傳輸方式以及一無線傳輸方式，其中該無線傳輸方式係透過一ZigBee無線網路協定、一藍芽無線網路協定、一WiFi無線網路協定、一RFID無線網路協定或一紅外線無線網路協定傳輸。
4. 如申請專利範圍第1項所述的物聯網雨量監測系統，其中該監測 模組更包括一顯示單元，用以顯示該雨量資訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述的物聯網雨量監測系統，其中該感測單元，更包括一超音波發射器、一超音波接收器以及一控制電路，透過使用者設定，於該超音波發射器發射20千赫茲至50千赫茲的超音波至雨水水面後反射，並透過該超音波接收器所反射的超音波。
6. 如申請專利範圍第1項所述的物聯網雨量監測系統，其中該感測單元，更包括一光波發射器、一光波接收器以及一控制電路，透過使用者設定，於該光波發射器發射光波至雨水水面後反射，並透過該光波接收器所反射的光波。
7. 一種物聯網雨量監測方法，包括：透過一集雨單元，用以接存雨水並透過該集雨單元下方設置一孔洞使雨水流至一雨量桶；透過一連通管，設置於該雨量桶內部，並與一監測模組互相連接，該連通管下方與該雨量桶底部具有一進水空間，使該連通管內雨水的水面高度與該雨量桶內水面高度一致；透過該監測模組的一感測單元，發射一探測波至該連通管內雨水水面，並接收反射後探測波，取得一往返時間、一介質傳輸速度以及一傳輸角度；透過該監測模組的一處理單元，依據該往返時間、該介質傳輸速度以及該傳輸角度計算雨水的一液面高度，用以取得一雨量資訊；透過該監測模組的一衛星定位單元取得該雨量桶的一定位資訊；以及透過該監測模組的一網路傳輸單元傳送該雨量資訊以及該定位資訊。
8. 如申請專利範圍第7項所述的物聯網雨量監測方法，其中透過該監測模組的一網路傳輸單元傳送該雨量資訊以及該定位資訊的 步驟中，更包括：透過該監測模組的一水平感測單元感測該雨量桶的水平狀態，並當傾斜超過設定角度時，透過該網路傳輸單元傳送一警示資訊。
9. 如申請專利範圍第7項所述的物聯網雨量監測方法，其中透過該監測模組的一感測單元，發射一探測波至該連通管內雨水水面，並接收反射後探測波，取得一往返時間、一介質傳輸速度以及一傳輸角度的步驟中，更包括：透過該感測單元的一超音波發射器或一光波發射器其中之一、一超音波接收器或一光波發射器其中之一以及一控制電路，依據使用者設定，於該超音波發射器或該光波發射器其中之一發射探測波至雨水水面後反射，並透過該超音波接收器或該光波接收器其中之一所反射的探測波。
10. 一種物聯網雨量監測系統，包括：一集雨單元，用以接存雨水並透過該集雨單元下方設置一孔洞使雨水流通；一雨量桶，設置於該監測模組下方，用以儲存該集雨單元流出雨水；一監測模組，設置於該集雨單元與該雨量桶之間，其中更包括一處理單元、一超音波感測單元、一網路傳輸單元以及一衛星定位單元；以及一連通管，設置於該雨量桶內部，並與該監測模組互相連接，該連通管下方與該雨量桶底部具有一進水空間，使該連通管內水面高度與該雨量桶內水面高度一致；其中，該連通管設置於該超音波感測單元正下方，透過該超音波感測單元發射頻率為20千赫茲至50千赫茲的一超音波至該連通管內雨水水面，並接收反射後超音波，透過該處理單元依據一超音波感測器距離測量公式計算雨水的一液面高度，用以取得一雨量資訊； 其中，該衛星定位單元取得該物聯網雨量監測系統的一定位資訊，透過該網路傳輸單元傳送該雨量資訊以及該定位資訊至使用者。

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