一种基于MSP单片机的超声波雨量计及雨量测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于MSP单片机的超声波雨量计及雨量测量方法，属于水文与气象测量技术领域。包括漏斗、雨量筒、超声波换能器、温度传感器、气压传感器、测量处理器；漏斗设置于雨量筒内的上部；测量处理器设置于雨量筒内的一侧并且位于漏斗的上端与下端之间；测量处理器分别与超声波换能器、温度传感器、气压传感器连接；测量处理器包括微处理器、发射输出电路、接收输入电路、信号处理电路、温度检测电路、气压检测电路。根据多组测量的温度数值、气压数值、实时降雨量，通过补偿算法得出测量雨量关于温度数值、气压数值的关系式，基于关系式计算出雨量。本发明专利技术具有对传感器输出信号的温度和气压补偿，减少了测量误差，测得的雨量更准确等优点。

An Ultrasound Rainfall Meter and Rainfall Measurement Method Based on MSP Single Chip Microcomputer

The invention relates to an ultrasonic rain gauge and a rainfall measurement method based on MSP microcontroller, belonging to the technical field of hydrology and meteorology measurement. Including funnel, rain gauge cylinder, ultrasonic transducer, temperature sensor, pressure sensor and measurement processor; funnel is located in the upper part of the rain gauge cylinder; measurement processor is located on one side of the rain gauge cylinder and between the upper end and the lower end of the funnel; measurement processor is connected with ultrasonic transducer, temperature sensor and pressure sensor respectively; measurement processor includes micro-processing. The circuit includes transmitter, output circuit, receiving input circuit, signal processing circuit, temperature detection circuit and air pressure detection circuit. According to the temperature value, pressure value and real-time rainfall measured by multiple groups, the relationship between the measured rainfall and temperature value and pressure value is obtained by compensation algorithm, and the rainfall is calculated based on the relationship. The invention has the advantages of temperature and pressure compensation for the output signal of the sensor, reducing the measurement error, and measuring the rainfall more accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种基于MSP单片机的超声波雨量计及雨量测量方法
本专利技术涉及一种基于MSP单片机的超声波雨量计及雨量测量方法，属于水文与气象测量

技术介绍
雨量计是一种气象监测和水文监测用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器。目前常见得有称重式雨量计、虹吸式雨量计和翻斗式雨量计。由于称重式和虹吸式雨量计需要人工进行计量，所以自动化程度低；翻斗式雨量计的翻斗有四种容量，0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm，其中0.1mm容量使用的最多，但也有缺陷，虽然0.1mm的精度比较高，但是降雨量变大之后，翻斗翻转存在滞后和泼洒情况，所以其动态精度不高。目前气象行业使用的高精度雨量计大多是靠进口，国内的雨量计与国外的雨量计精度上存在较大的差距，在高精度雨量测试方面很难达到气象部门规定的要求，靠国外进口又得花费高昂的费用，难以在全国范围内普及。因为超声波换能器穿透本领大，碰到分界面会产生显著反射形成反射回波，具有频率高、博长短、方向性好等优点，运用到雨量检测当中来，可实现精准测量，所以现在有许多利用超声波技术制成的雨量计，由于现阶段的超声波雨量计对超声波速度的补偿仅限于温度，但是对于气压对超声波速度的影响是不予考虑的，若依然使用传统经验得出的超声波速度会导致很大的误差，进而影响雨量的测量精度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种解决现阶段的超声波雨量计对超声波速度的补偿仅限于温度，但是对于气压对超声速度的影响是不予考虑的，会导致实时雨量计量存在误差的基于MSP单片机的超声波雨量计及雨量测量方法。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种基于MSP单片机的超声波雨量计，其特征在于：包括漏斗、雨量筒、超声波换能器、温度传感器、气压传感器、测量处理器；其中，所述漏斗设置于雨量筒内的上部；所述测量处理器设置于雨量筒内的一侧并且位于漏斗的上端水平面与下端水平面之间；所述测量处理器分别与超声波换能器、温度传感器、气压传感器连接；所述测量处理器包括微处理器、发射输出电路、接收输入电路、信号处理电路、温度检测电路、气压检测电路；其中，微处理器通过发射输出电路激励超声波换能器发射超声波，该超声波垂直传播至雨量筒聚集的雨水表面并被其反射，再被超声波换能器接收并通过信号处理电路转化成电信号，接收输入电路将该电信号输入微处理器；温度检测电路用于读取温度传感器的温度数据，气压检测电路用于读取气压传感器的气压数据，微处理器根据温度数据、气压数据以及超声波电信号计算得出雨量信息。作为本专利技术的优选技术方案：所述雨量计还包括溢水管、排水系统；所述溢水管设置于雨量筒的筒壁外侧并且溢水管的上端分别低于超声波换能器的下端、温度传感器的下端、气压传感器的下端；所述排水系统设置于雨量筒的底部，包括控制排水管的开关磁阀、排水管。作为本专利技术的优选技术方案：所述漏斗的下端设置挡板。作为本专利技术的优选技术方案：所述测量处理器还包括无线收发器，微处理器通过无线收发器和外部上位机通信。作为本专利技术的优选技术方案：还包括LCD显示屏，微处理器将雨量计算结果传输至LCD显示屏进行显示。作为本专利技术的优选技术方案：所述测量处理器还包括阀门驱动电路，微处理器通过阀门驱动电路驱动开关磁阀工作。基于MSP单片机的超声波雨量计的雨量测量方法，包括以下步骤：步骤1、分别读取温度传感器采集的温度数值X、气压传感器采集的气压数值Y；步骤2、驱动超声波换能器向实时雨水平面发射超声波，根据公式(1)得到测量距离L1，L＝C×T(1)式中，L代表测量距离,C为超声波在空气中的传播速度，T为发射到接收时间数值的一半；步骤3、在雨量计收集雨水一段时间后，再次驱动超声波换能器向实时雨水平面发射超声波，根据公式(1)得到第二次测量距离L2；步骤4、将第二次测量距离L2减去第一次测量距离L1，得到实时降雨量Z；步骤5、重复步骤1-步骤4，根据多组测量的温度数值X、气压数值Y、实时降雨量Z，通过补偿算法得出测量雨量关于实时测量的温度数值X、气压数值Y的关系式:f(x,y)＝p0+p1x+p2x2+…+pkxk+pk+1y+pk+2y2+…+pnyj(2)公式(2)中n＝k+j+1，用公式(3)求得各项系数p0,p1,…pn：公式(3)为利用第i次实时降雨量和预测降雨量的差值的平方，使其最小进行求取公式(2)中的各项系数p0,p1,…pn；步骤6、根据测量雨量，基于步骤5得到的关系式，通过读取实时测量的温度数值X、气压数值Y后，直接计算得出测量雨量。本专利技术所述基于MSP单片机的超声波雨量计及雨量测量方法方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)与其他种类的雨量计相比，超声波雨量计采用的是非接触测量方式，与被测介质隔开，避免了液体的腐蚀和污损，降低了维护成本。(2)采用超声波发射装置，相对于其他类型的机械式雨量计，不存在所谓的测量时由于器械之间的物理结构造成的机械磨损，稳定性和精确度得到很好的提升。(3)超声波是在空气中传播的，遇到空气与水之间形成的分界面时，超声波几乎被完全反射，处理方式简单。(4)进行了对传感器输出信号的温度和气压补偿，减少了测量误差，使测得的降雨量更加准确。(5)该超声波雨量计具有低功耗模式，能够长期在野外实用。(6)在漏斗下端设置了一个挡板，让水流能从挡板顺流流入雨量筒，避免了水面的波动从而导致的超声波接收来自倾斜方向的液面反射信号。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为雨量计测量处理器的硬件框图；图3为本专利技术的测量流程图。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明：如图1、图2所示，本专利技术设计的一种基于MSP单片机的超声波雨量计，包括漏斗、雨量筒、超声波换能器、温度传感器、气压传感器、测量处理器；其中，漏斗设置于雨量筒内的上部；测量处理器设置于雨量筒内的一侧并且位于漏斗的上端水平面与下端水平面之间；测量处理器分别与超声波换能器、温度传感器、气压传感器连接；测量处理器包括微处理器、发射输出电路、接收输入电路、信号处理电路、温度检测电路、气压检测电路；其中，微处理器通过发射输出电路激励超声波换能器发射超声波，该超声波垂直传播至雨量筒聚集的雨水表面并被其反射，再被超声波换能器接收并通过信号处理电路转化成电信号，接收输入电路将该电信号输入微处理器；温度检测电路用于读取温度传感器的温度数据，气压检测电路用于读取气压传感器的气压数据，微处理器根据温度数据、气压数据以及超声波电信号计算得出雨量信息。雨量计还包括溢水管、排水系统；溢水管设置于雨量筒的筒壁外侧并且溢水管的上端分别低于超声波换能器的下端、温度传感器的下端、气压传感器的下端；排水系统设置于雨量筒的底部，包括控制排水管的开关磁阀、排水管。漏斗的下端设置挡板，让水流能从挡板顺流流入雨量筒，避免了水面的波动从而导致的超声波接收来自倾斜方向的液面反射信号。雨量计还包括LCD显示屏，微处理器将雨量计算结果传输至LCD显示屏进行显示。测量处理器还包括阀门驱动电路，微处理器通过阀门驱动电路驱动开关磁阀工作。电源电路向测量处理器提供所需的电源。电源采用常见1wAH的锂电池作为电源，理论上可以工作150天以上，可以放心使用。测量处理器还包括无线收发器，微处理器通过无线收发器和外部上位机通信。无线收发器为nR本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MSP单片机的超声波雨量计，其特征在于：包括漏斗、雨量筒、超声波换能器、温度传感器、气压传感器、测量处理器；其中，所述漏斗设置于雨量筒内的上部；所述测量处理器设置于雨量筒内的一侧并且位于漏斗的上端水平面与下端水平面之间；所述测量处理器分别与超声波换能器、温度传感器、气压传感器连接；所述测量处理器包括微处理器、发射输出电路、接收输入电路、信号处理电路、温度检测电路、气压检测电路；其中，微处理器通过发射输出电路激励超声波换能器发射超声波，该超声波垂直传播至雨量筒聚集的雨水表面并被其反射，再被超声波换能器接收并通过信号处理电路转化成电信号，接收输入电路将该电信号输入微处理器；温度检测电路用于读取温度传感器的温度数据，气压检测电路用于读取气压传感器的气压数据，微处理器根据温度数据、气压数据以及超声波电信号计算得出雨量信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于MSP单片机的超声波雨量计，其特征在于：包括漏斗、雨量筒、超声波换能器、温度传感器、气压传感器、测量处理器；其中，所述漏斗设置于雨量筒内的上部；所述测量处理器设置于雨量筒内的一侧并且位于漏斗的上端水平面与下端水平面之间；所述测量处理器分别与超声波换能器、温度传感器、气压传感器连接；所述测量处理器包括微处理器、发射输出电路、接收输入电路、信号处理电路、温度检测电路、气压检测电路；其中，微处理器通过发射输出电路激励超声波换能器发射超声波，该超声波垂直传播至雨量筒聚集的雨水表面并被其反射，再被超声波换能器接收并通过信号处理电路转化成电信号，接收输入电路将该电信号输入微处理器；温度检测电路用于读取温度传感器的温度数据，气压检测电路用于读取气压传感器的气压数据，微处理器根据温度数据、气压数据以及超声波电信号计算得出雨量信息。2.根据权利要求1所述的超声波雨量计，其特征在于：所述雨量计还包括溢水管、排水系统；所述溢水管设置于雨量筒的筒壁外侧并且溢水管的上端分别低于超声波换能器的下端、温度传感器的下端、气压传感器的下端；所述排水系统设置于雨量筒的底部，包括控制排水管的开关磁阀、排水管。3.根据权利要求1所述的超声波雨量计，其特征在于：所述漏斗的下端设置挡板。4.根据权利要求1所述的超声波雨量计，其特征在于：所述测量处理器还包括无线收发器，微处理器通过无线收发器和外部上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佐鹏，叶小岭，张颖超，陈昕，杨帅，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32