一种翻斗智能雨量系统的制作方法

1.本实用新型属于降雨测量仪器装置领域，特别涉及一种翻斗智能雨量系统。


背景技术：

2.降水量是一种重要的气象要素，降水的观测无论是对于气象、水文、海洋、环境的观测还是对航空、铁路交通的安全都具有重要的意义。雨量计是观测降水量的重要仪器，它的准确度直接关系到所测量数据的可靠性，特别在人工降雨的效果检验和气象科研方面，其测量的准确度显得尤为重要。
3.传统的翻斗雨量计已经广泛应用于降水监测，该装置结构简单，成本低，相对稳定，能够满足基本的降水监测需求。但传统雨量计仅用一个干簧管作为数据传感器，长期使用下可靠性降低，采集精度下降，而且部分地区使用工况极其恶劣，其本身防堵设施作用有限，恶劣地区人工前往采集数据和操作维护极为不便，无法远程发现故障，也无法远程管理，在偏远地方进行雨量采集时，由于设备一直处于全功率运行状态，功耗较高，需要定期进行电源更换维护，耗费人力物力。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种雨量采集精度高、长时间续航、并能进行远程管理的翻斗智能雨量系统。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种翻斗智能雨量系统，包括翻斗雨量计、流量红外对管：进行过渡翻斗下方出水口雨水滴落速度采集，并将采集到的信号传输至mcu模块；计数红外对管：进行翻斗雨量计中过渡翻斗和计数翻斗的计数信息，将采集到的计数信息传输至mcu模块；mcu模块：接收流量红外对管信号并进行adc转换将其转换为流速信息，并通过流速信息对系统工作状态进行监控，将计数红外对管采集到的过渡翻斗计数信息、计数翻斗计数信息、翻斗雨量计干簧管计数信息、流速信息进行对比处理后获得雨量信息，将雨量信息传输至通信模块并控制电源模块和通信模块工作；通信模块：接收mcu模块的控制信号工作，并接收雨量信息传输至外部设备，进行与外部设备的互交通信；电源模块：将电池电压进行变压在mcu模块控制下为系统进行供能。
6.进一步的，流量红外对管和计数红外对管采用同侧收发设置；流量红外对管发射的红外信号由水滴表面发射产生信号变化，计数红外对管发射的红外信号由过渡翻斗和计数翻斗转动时的阻断产生信号变化。采用同侧设置可以将流量红外对管和计数红外对管集成于同一电路板上，减少翻斗雨量计的内部走线便于系统的集成化，同时干簧管也可以集成于此电路板上进一步加强集成化。
7.进一步的，通信模块包括sim通信模块、wifi通信模块、调试模块、摄像模块，摄像模块接收mcu模块的摄像信号启动，对过渡翻斗下方出水口进行监控。由于过渡翻斗下方出水口容易堵塞，在mcu模块接收到的雨水滴落速度出现异常时，通过摄像模块对出水口进行视频观察，判断是否出现内部堵塞物，在有堵塞物时迅速进行人工处理，无堵塞物则进行系
统程序内部处理，有效排查故障。
8.进一步的，mcu模块还连接有陀螺仪传感器，陀螺仪传感器生成斗收雨量计整体的振动位移信息传输至mcu模块，即时监控雨量计工作状态，防止发生水平倾斜导致采集数据出现错误。
9.进一步的，通信模块还包括报警模块，mcu模块接收到的红外对管信号异常时生成报警信号经通信模块发出。报警模块在第一电源模块的供能下接收mcu模块的报警信号发出警报。
10.进一步的，电源模块包括第一电源模块、第二电源模块、第三电源模块，所述第一电源模块将电池12v电压转化为5v电压，所述第二电源模块将5v电压转化为3.3v电压为mcu模块供能，所述第三电源模块在mcu模块控制下将电池12v电压转化为4.2v电压为通信模块、流量红外对管、计数红外对管、干簧管供能。
11.进一步的，第一电源模块具体为，包括芯片u2，其引脚vin和引脚enable连接电池输出端，其引脚vin分别通过正向极性电容c31和电容c32接地；其引脚out输出5v电压，并分别通过正向极性电容c29和电容c20接地，其引脚adjust和引脚out间连接电阻r2，其引脚adjust还通过电阻r6接地。
12.进一步的，第二电源模块具体为，包括芯片u1，其引脚vin接收第一电源模块提供的5v电压，将其转换为3.3v电压通过引脚vout输出，其输入端引脚vin分别通过电容c1和正向极性电容e2接地，其输出端引脚vout分别通过电容c2和正向极性电容e1接地。
13.进一步的，第三电源模块具体为，包括芯片u3，其引脚vin连接电池输出端并分别通过正向极性电容c35和电容c36接地；其引脚out输出4.2v电压，其引脚out分别通过正向极性电容c33和电容c34接地，其引脚out和引脚adjust间连接电阻r10，其引脚adjust还通过r42接地；其引脚enable通过电阻r45接收第二电源模块输出的3.3v电压，并通过电阻r48接收mcu模块的控制信号。
14.进一步的，流量红外对管和计数红外对管均采用itr9909。
15.本新型在平时正常待机时，仅对流量红外对管的信号进行监控，其它部件进行休眠处理，有效地减少待机功耗。当水流经过渡翻斗出水口流出时，流量红外对管会产生一个电平信号。mcu模块在检测到流量红外对管的电平信号时启动整体各模块功能。雨水经过渡翻斗、计数翻斗流动时，过渡翻斗和计数翻斗转动间歇性反射计数红外对管的红外线，使计数红外对管产生计数信号，mcu模块将流量红外对管的持续电平信号、计数红外对管的计数信号、干簧管计数信号经内部处理转换为雨量数据，将各组数据进行对比计算获得精确的雨量检测结果。mcu模块在进行雨量检测过程中还通过第三电源模块唤醒通信模块，通过通信模块将检测到雨量结果通过sim通信模块、wifi通信模块进行远程发送。mcu模块通过流量红外对管和陀螺仪传感器对检测过程出现的异常进行监测，在异常时触发报警信号，控制报警模块进行声光报警，并开启通信模块中摄像模块对雨量计内部工作状态进行摄像，通信模块将拍摄到内部状态传输至远程控制端，通过远程控制端对雨量计工作状态进行调节。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：
17.1、在传统干簧管计数的基础上，增加了红外对管计数和红外雨量检测，将多组数据进行对比处理，不仅提高了雨量采集精度，而且能有效检测雨量计的故障问题。
18.2、优化了装置的待机效率，在待机过程中休眠大部分模块，减少了电池的能源消耗，提高了装置的续航时间，使装置适用于更广泛的工作环境。
19.3、采用多种监控方式，能迅速排查设备故障，迅速采取人工处理或远距离控制，保证雨量采集的正常进行。
附图说明
20.图1是本实用新型原理图。
21.图2是本实用新型机械结构示意图。
22.图3是本实用新型机械机构侧视图。
23.图4是本实用新型第一电源模块电路原理图。
24.图5是本实用新型第二电源模块电路原理图。
25.图6是本实用新型第三电源模块电路原理图。
26.图7是本实用新型红外管电路原理图。
27.图8是本实用新型mcu模块主控芯片电路原理图。
28.图9是本实用新型通信模块主控芯片电路原理图。
29.图中：1-外漏斗；2-内漏斗；3-上过渡翻斗；4-下过渡翻斗；5-计数翻斗；6-上过渡翻斗出水口；7-流量红外对管设置位置；8-计数红外对管设置位置。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
32.本实用新型为一种翻斗智能雨量系统，以三翻斗雨量计为实施例进行详细说明。如图2、图3所示，翻斗雨量计包括至上而下设置于同一轴线的外漏斗1、内漏斗2、上过渡翻斗3、下过渡翻斗4、计数翻斗5；上过渡翻斗出水口6下方同一水平位置为流量红外对管设置位置7；下过渡翻斗4和计数翻斗5侧面为计数红外对管设置位置8。
33.如图1所示，本系统还包括流量红外对管：进行过渡翻斗下方出水口雨水滴落速度采集，并将采集到的信号传输至mcu模块；计数红外对管：进行翻斗雨量计中过渡翻斗和计数翻斗5的计数信息，将采集到的计数信息传输至mcu模块；mcu模块：接收流量红外对管信号并进行adc转换将其转换为流速信息，并通过流速信息对系统工作状态进行监控，将计数红外对管采集到的过渡翻斗计数信息、计数翻斗5计数信息、翻斗雨量计干簧管计数信息、流速信息进行对比处理后获得雨量信息，将雨量信息传输至通信模块并控制电源模块和通信模块工作；通信模块：接收mcu模块的控制信号工作，并接收雨量信息传输至外部设备，进行与外部设备的互交通信；电源模块：将电池电压进行变压在mcu模块控制下为系统进行供能。流量红外对管和计数红外对管采用同侧收发设置，采用此设置可以将红外对管及系统中各模块集成在同一电路板上，减少雨量计内部的布线以提高集成度。通信模块包括sim通
信模块、wifi通信模块、调试模块、摄像模块，摄像模块接收mcu模块的摄像信号启动，对过渡翻斗下方出水口进行监控。mcu模块还连接有陀螺仪传感器。通信模块还包括报警模块，报警模块包括声报警模块和光报警模块。电源模块包括第一电源模块、第二电源模块、第三电源模块，第一电源模块将电池12v电压转化为5v电压，所述第二电源模块将5v电压转化为3.3v电压为mcu模块供能，第三电源模块在mcu模块控制下将电池12v电压转化为4.2v电压为通信模块、流量红外对管、计数红外对管、干簧管供能。
34.如图4所示，第一电源模块具体为，包括芯片u2，其引脚vin和引脚enable连接电池输出端，其引脚vin分别通过正向极性电容c31和电容c32接地；其引脚out输出5v电压，并分别通过正向极性电容c29和电容c20接地，其引脚adjust和引脚out间连接电阻r2，其引脚adjust还通过电阻r6接地。其中，极性电容c31、正向极性电容c29采用470uf，电容c32和电容c30采用0.1uf，电阻r2采用158kω，电阻r6采用51kω。芯片u2采用mic29302wu。
35.如图5所示，第二电源模块具体为，包括芯片u1，其引脚vin接收第一电源模块提供的5v电压，将其转换为3.3v电压通过引脚vout输出，其输入端引脚vin分别通过电容c1和正向极性电容e2接地，其输出端引脚vout分别通过电容c2和正向极性电容e1接地。芯片u1采用ams-3v3，电容c1和电容c2采用104 uf，极性电容e1和e2采用10 uf。
36.如图6所示，第三电源模块具体为，包括芯片u3，其引脚vin连接电池输出端并分别通过正向极性电容c35和电容c36接地；其引脚out输出4.2v电压，其引脚out分别通过正向极性电容c33和电容c34接地，其引脚out和引脚adjust间连接电阻r10，其引脚adjust还通过r42接地；其引脚enable通过电阻r45接收第二电源模块输出的3.3v电压，并通过电阻r48接收mcu模块的控制信号。芯片u3采用29302wu，其中极性电容c35、正向极性电容c29采用470uf，电容c36和电容c34采用0.1uf，电阻r2采用120kω，电阻r6采用51kω。
37.如图7所示，红外对管中单管电路具体为，芯片u5采用itr9909，其引脚2通过电阻r13连接第三电源模块输出端，其引脚4通过电阻r14连接第三电源模块输出端，其引脚1和引脚3接地，其引脚4依次通过电阻r19和电阻r24接地，电阻r19和电阻r24间节点作为信号端与mcu模块中主控芯片的io口连接。电阻r13、电阻r14、电阻19、电阻r24均采用1 kω。其它红外管均采用相同的电路结构。
38.如图8所示，本实用新型mcu模块主控芯片采用stm8l151c8t6，使用最小化系统设计。
39.如图9所示，本实用新型通信模块主控芯片电采用air820ug，同样使用最小化系统设计。
40.本实用新型中还包括设置与电池输出端与接地端将的电池滤波模块，摄像模块中还包括有摄像头补光模块，在各电源模块输出端均设置有电量采集模块。
41.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。