用于测量冰川雪高度的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种固定设置于冰川上的用于测量冰川雪高度的装置。本实用新型专利技术的用于测量冰川雪高度的装置由：用于固定于测量点上的塔架，设置于塔架顶端的悬臂，固定于悬臂外端的超声波源及超声波回波接收元件，设置于塔架上的由单片机及外围电路构成的数据处理器、SD存储卡以及无线信号发送模块组成。本实用新型专利技术可以完全实现对冰川雪高度变化的实时远距离自动监测。并具有测量数据存储量大，得到的测度值精确等优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种固定设置于冰川上的用于测量冰川雪高度的装置。
技术介绍
测量冰川上冰雪厚度变化的传统方法主要是花杆法:即冰川冰雪的积累和消融是基于布设在冰川表面的木质或金属花杆进行。理想的花杆布设均匀分布于冰川表面，形成冰面积累和消融的观测网，但主流线花杆的布设应尽可能的加密。各观测点花杆应在雪面露出一部分进行测点编号和鲜明的测点标志。观测人员则需要定期赴野外观测点人工直接观测雪面花杆高度。此种方法所获数据困难大，成本高，更不能进行连续的较密集的观测，参见《冰川动力学模式基本原理和参数观测指南》李慧林李忠勤秦大河主编气象出版社，2009.5。
技术实现思路
本技术提供一种可克服现有技术不足的用于测量冰)11雪高度的装置。本技术的用于测量冰川雪高度的装置由:用于固定于测量点上的塔架，设置于塔架顶端的悬臂，固定于悬臂外端的超声波源及超声波回波接收元件，设置于塔架上的由单片机及外围电路构成的数据处理器、SD存储卡以及无线信号发送模块组成。本技术的测量冰川雪高度的装置中，在塔架上还可设置有GPS定位系统，本技术的测量冰)I丨雪高度的装置在塔架上还设置有温度和湿度测量装置。本技术的实施例中所用的单片机为STC90CS16D，装置中还设置有太阳能电池。本技术的优点如下:1.采用本技术可以完全实现对冰川雪高度变化的实时远距离自动监测。2.本技术的测量数据存储量大，得到的测度值精确。3.本技术由于在装置中设置了 GPS定位系统，因此在冰川发生移动后可及时测量出测量点位置的移动，并及时得到测量点的雪高度测量值。4.测量方式实现了自动化和数字化。附图说明附图1为本技术的装置示意图。图中1:1为超声波源及超声波回波接收元件，2为超声波及回波，3是单片机及其它相关模块。附图2为本技术的装置中单片机工作原理的示意图。附图3为本技术的US-100测距时序图。附图4为本技术的AM2303时序图。附图5为本技术SPI模式示意图。具体实施方式参见附图1，本技术的实施例由:塔架，设置于塔架顶端的悬臂，固定于悬臂外端的由超声波源及超声波回波接收元件组成的超声波模块1，设置于塔架上的由单片机及外围电路构成的数据处理器3，SD存储卡，无线信号发送模块以及太阳能电池板组成，在数据处理器3中还设置有GPS和温度和湿度测量装置。在具体使用中是冰川测量点上先设置一个基准面，再将塔架固定于冰川上。在进行测量时，设置于塔架上的悬臂垂直向下的超声波模块向雪面发出超声波，从雪面上反射的超声波再被超声波模块接收，根据超声波的原理，通过不断接收返回的超声波计算出所测得雪面高度的变化。同时:装置中所设的GPS模块对所在位置进行定位并获取测量的时间；装置中的温湿度模块获得到所在环境的温湿度数据。所得到的这些测量数据全部存储于SD存储卡中，并通过无线信号发送模块将这些信息发送到设置于异地的上位机进行数据汇总处理。本技术根据程序指令执行各个模块的功能，并将各个模块所记录的数据存储之后，根据指令通过单片机将数据通过无线发送模块发送回去。本系统可以测量出某一点雪面高度的上升或下降，温度湿度以及精确地地点定位以及时间。本技术以单片机为核心部件，分别连接时钟模块，温湿度传感模块，超声波测距模块，GPS模块，SD卡存储数据。本技术中的单片机:连接时钟模块，提供单片机所需时钟信号以及实时时钟输出，产生定时时钟中断；连接温湿度传感模块，用以测量所在地的温度与湿度；连接超声波测距模块，用以测量所在雪面的高度变化；连接GPS模块，用以测量单点经纬度，高度及获取时间；连接SD卡存储模块，将上面所述模块所测量到的数据全部存储于SD卡中，以便将所需数据及时传回。本技术中的超生波模块是利用压电晶体谐振来工作的，它有两个压电晶片和一个共振板。当在它两极加上脉冲信号时，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，则压电晶片就会发生共振，并且可带动共振板振动，产生超声波。反之如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，可将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。本系统采用的是US-100超声波测距模块可实现2cm-4.5cm的非接触测距功能，且具有2.4 - 5.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器，可以对测量结果进行温度补偿校正，同时具有GPIO(General-Purpose IO ports，通用IO 口)和串口两种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。US-100超声波测距时序图如下图3所示。本技术中用到的超声波传感器共有五个引脚，可以直接利用单片机的I/O 口驱动超声波传感器工作。分别用于单片机给超声波传感器传送命令，单片机回传距离信号以及接地。本技术所使用的数字温湿度传感器是一种可提供全标定的数字输出、高度集成的温湿度传感器芯片，能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号。本技术具体用的是AM2301数字式温湿度传感器。AM2301数字式温湿度传感器内部包含感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接，用于处理温度与湿度的数据，负责与单片机通信。温湿度传感器采用单总线方式与单片机进行通信，系统中使用的温湿度传感器AM2301共有四个引脚，分别为VCC，GND和DATA，NC。其中，电源供电方案采用与超声波传感器相同的电路，并在电源处进行交流滤波、稳压。单片机的IO 口电流完全可以直接驱动传感器正常进行数据传输，故DATA数据引脚直接与单片机接口相连。本技术温湿度传感器测量原理是传感器通电之后，要等待Is用以初始化传感器，在此期间无需发送任何指令，当单片机发送一次开始信号，AM2301将从低功耗模式切换到高速模式，单片机发出的“准备测量信号”结束后，AM2301发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集。AM2301时序图如下图4所示。本技术的GPS定位的原理是根据高速运动的卫星瞬时位置作为已知的初始数据，采用空间距离后方交会的方法，确定GPS待测点的位置。GPS定位系统由三部分组成:空间部分、地面控制系统和用户设备部分。本系统主要应用GPS接收机接收信号，用以确定单点地理位置的经纬度、高度、时间等信息。GPS接收数据采用NMEA-0183协议，采用GPGGA数据格式。由于GPS模块所需电源与单片机不相同，需通过电平匹配电路将两者连接。SD卡模块:在本技术中，主要利用SD卡存储测量信息，包括经纬度、高度、时间、超声测距距离值、温湿度值信息。在上位机发出读取某天数据请求时，单片机从SD卡读取数据发送到上位机。完成整个测量、观察功能。其中单片机与SD卡通信依赖于SPI模式，SPI模式是由基于SD卡提供的次要通信协议组成的.该模式是SD存储卡协议中的一种。单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。SPI模式如图5所示。本技术中应用的是顺舟科技SZ05系列的嵌入式无线通信模块，该模块集成了 ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；并可实现点对点、一点对多点、多点对多点的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量冰川雪高度的装置，其特征在于是由：用于固定于测量点上的塔架，设置于塔架顶端的悬臂，固定于悬臂外端的超声波源及超声波回波接收元件，设置于塔架上的由单片机及外围电路构成的数据处理器、SD存储卡以及无线信号发送模块组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀南，冯克庭，安字敏，杨永如，火久元，敏玉芳，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：实用新型
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