CN114325881A - 一种智能翻斗式雨量监测***及测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雨量监测设备技术领域，具体涉及一种智能翻斗式雨量监测***；包括翻斗式雨量传感器、测量电路、处理器和雨量感应器。翻斗式雨量传感器通过降雨量形成开关信号；测量电路把开关信号转换成降水观测要素数据；雨量感应器用于定性感知测量降雨量的大小，并形成降雨量有无或强弱的雨感状态数据；处理器存储有阈值数据，处理器根据雨感状态数据和阈值数据同翻斗式雨量传感采集到的降水观测要素数据进行综合比对处理、并判断获取的所述降水观测要素数据是否可信、可疑或假值。本发明的目的是解决现有的翻斗式雨量传感器不能对获得的雨量数据进行佐证，难以对获得的雨量数据进行质量控制，导致获取的雨量数据的质量无法得到保障的问题。

Description

一种智能翻斗式雨量监测***及测量仪

技术领域

本发明涉及雨量监测设备技术领域，具体涉及一种智能翻斗式雨量监测***及测量仪。

背景技术

翻斗式雨量传感器目前已成为我国气象部门地面降水观测的主流雨量传感器，在气象业务工作中发挥着重要作用。

随着智能处理器技术在传感器上的应用，现有的翻斗式雨量测量仪的传感器已经从传统的模拟式向数字化和智能化的方向发展。我国现有的自动气象站主要采用“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+***设备”的CAN结构设计，传感器采用模拟和数字传感器，该结构有利于形成统一的自动站，但不利于传感器之间互换、标定和管理。

目前，传统的翻斗式雨量传感器只是用来计数，功能单一。现有的翻斗式雨量传感器只能与数据采集器组合才能实现雨量自动观测的目的。如中国公开号为CN213934261U公开的一种自动气象站运行状态采集装置，包括控制器、雨量信号采集模块、电压信号采集模块、翻斗式雨量筒、箱门状态模块和电源模块，通过信号采集电路、光耦和滤波整形电路等硬件连接，直接获取自动气象站运行状态的电参量信号，在设备运维时不用再去现场测试，可以根据获得运行状态的电参量信号直接更换有故障的部件，提高设备综合分析能力和保障时效。

然而，使用以上的翻斗式雨量传感器只能对出现故障的采集装置进行检测，无法进行智能校正，不能自动恢复到初始状态。同时，当翻斗式雨量传感器运行出现故障后，无法对翻斗式雨量传感器获得的雨量数据进行佐证，从而无法对翻斗式雨量传感器获取的雨量数据进行质量控制，使得雨量数据的质量无法得到保障。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种智能翻斗式雨量监测***，以解决现有的翻斗式雨量传感器不能对获得的雨量数据进行佐证，不能对雨量数据进行质量控制，不能及时发现翻斗式雨量传感器的故障，导致获取的雨量数据的质量无法得到保障的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种智能翻斗式雨量监测***，包括翻斗式雨量传感器、测量电路、处理器和雨量感应器；

所述翻斗式雨量传感器通过降雨量形成开关信号；

所述测量电路的输入端与所述翻斗式雨量传感器电连接，测量电路用于获取所述开关信号，并把所述开关信号转换成降水观测要素数据；

所述雨量感应器的输出端与所述处理器的输入端电连接，雨量感应器安装于翻斗式雨量传感器的外筒壁一侧，雨量感应器用于定性感知测量降雨量的大小，并形成降雨量有无或强弱的雨感状态数据；

所述处理器的输入端与所述测量电路的输出端电连接，处理器存储有降雨量监测站点历史雨量极值的阈值数据，处理器根据雨感状态数据和阈值数据对获取的降水观测要素数据进行综合比对处理、并判断获取的所述降水观测要素数据是否可信、可疑或假值，处理器的输出端输出质控后的降水观测要素数据。

优选的，所述翻斗式雨量传感器包括计数翻斗、磁钢和干簧管；所述计数翻斗用于计数雨量，所述磁钢与所述计数翻斗连接，所述干簧管与所述测量电路的输入端电连接，计数翻斗翻转的状态下，所述磁钢与所述干簧管呈磁吸配合，所述干簧管呈磁化闭合产生所述开关信号。

优选的，所述测量电路包括采集模块，所述采集模块用于将所述开关信号转换成降水观测要素数据。

优选的，所述处理器包括MCU、数据存储器、程序存储器、驱动电路和时钟，所述MCU根据所述雨感状态数据和所述阈值数据、用于质控获取的降水观测要素数据，并判断降水观测要素数据是否可信、可疑或假值；所述数据存储器、程序存储器、驱动电路和时钟均与所述MCU通信连接，数据存储器用于存储所述雨感状态数据和阈值数据，所述程序存储器用于存储质控所述降水观测要素数据的程序信息，所述驱动电路用于对MCU获取的信号进行放大，所述时钟用于对MCU提供时钟脉冲。

优选的，还包括供电电路，所述处理器和测量电路均与所述供电电路电连接，供电电路用于对所述处理器和测量电路进行供电。

优选的，所述供电电路设有电源接口。

优选的，所述处理器设有用于数据交互的数据接口。

优选的，还包括监测电路，所述测量电路与所述翻斗式雨量传感器、测量电路、雨量感应器、处理器和供电电路电连接；

测量电路用于监测翻斗式雨量传感器、测量电路、处理器、雨量感应器和供电电路的工作状态，且形成监测信息、并反馈至MCU；

所述数据存储器还存储有用于正常工作状态的备份数据，所述程序存储器还存储有用于诊断和恢复备份数据的程序信息，所述MCU用于处理所述监测信息。

本发明还提供一种智能翻斗式雨量测量仪，包括以上所述的智能翻斗式雨量监测***。

与现有技术相比，本方案产生的有益效果是：

1、通过翻斗式雨量传感器获取开关信号，测量电路把开关信号转换成降水观测要素数据，处理器对降水观测要素数据进行处理，从而实现对降雨量进行处理、诊断和质控。雨量感应器用于定性感知测量降雨量的大小，并形成降雨量有无或强弱的雨感状态数据，处理器通过获取的雨感状态数据和存储器存储的历史降雨极值数据同降水观测要素数据分别依次进行比对判断，从而实现既有佐证雨感状态数据的验证，又有历史雨量极值的阈值数据进行验证，不仅实现了智能降水观测要素数据的质量控制，而且能够实现及时发现翻斗式雨量传感器的故障。

2、通过MCU、数据存储器、程序存储器、驱动电路和时钟的设置，数据存储器存储阈值数据、雨感状态数据和用于正常工作状态的备份数据。程序存储器存储用于质控降水观测要素数据的程序信息和用于诊断和恢复备份数据的程序信息。从而通过MCU调用阈值数据、雨感状态数据和降水观测要素数据的程序信息对降水观测要素数据进行质量控制。同时，通过MCU调用用于诊断的程序信息，当翻斗式雨量传感器、测量电路、处理器和供电电路的工作状态出现异常故障时，能够实现自动诊断出工作是否正常以及进行故障定位；通过MCU调用恢复备份数据的程序信息进行相应故障的恢复，从而实现智能的对翻斗式雨量传感器、测量电路、处理器和供电电路进行自动诊断和维护。

3、通过监测电路实时监测翻斗式雨量传感器、测量电路和处理器的工作状态，形成监测信息，并把监测信息反馈至MCU，MCU对监测信息与正常工作状态的备份数据进行分析对比处理，从而对翻斗式雨量传感器、测量电路和处理器在工作时的运行状态进行实时监测，实现具有性能可靠、准确性高、易维护和易备份的特点，从而保障雨量数据获取的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一种智能翻斗式雨量监测***的结构框图；

图2为本发明一种智能翻斗式雨量监测***中采集模块的电路示意图；

图3为本发明一种智能翻斗式雨量监测***中监测电路的电路示意图；

图4为本发明一种智能翻斗式雨量监测***中供电电路的电路示意图。

附图标记：

翻斗式雨量传感器1、测量电路2、处理器3、MCU31、数据存储器32、程序存储器33、驱动电路34、时钟35、RS232接口36、雨量感应器4、监测电路5、供电电路6、电源接口61。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1-图4，一种智能翻斗式雨量监测***，一种智能翻斗式雨量监测***，包括翻斗式雨量传感器1、测量电路2、雨量感应器4和处理器3。

其中，翻斗式雨量传感器1通过降雨量形成开关信号。本实施例中，翻斗式雨量传感器1包括计数翻斗、磁钢和干簧管。具体的，计数翻斗用于接受降雨量，磁钢与计数翻斗连接，干簧管与测量电路2电连接，计数翻斗翻转的状态下，磁钢与所述干簧管呈磁吸配合，干簧管呈磁化闭合产生开关信号。同时，在计数翻斗的顶部从上到下还可以设有承水器、上翻斗、汇集漏斗和计量翻斗。具体的工作原理为：承水器收集的降雨通过漏斗进入上翻斗，由于自身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗，再注入计量翻斗，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次，磁钢对干簧管扫描一次，干簧管因磁化而瞬间闭合一次，从而产生一个开关信号。

其中，测量电路2的输入端与翻斗式雨量传感器1通过导线的方式电连接，测量电路2用于获取开关信号，并把开关信号转换成降水观测要素数据。具体的，测量电路2设有采集模块，采集模块用于将开关信号转换成降水观测要素数据。本实施例中，请一并参阅图2，即采集模块的输入端采集到开关信号后，通过AD7685在CNV上升沿，它对IN+与IN-之间的开关信号进行采样，从而通过A/D转换的方式将开关信号转换成降水观测要素数据。

雨量感应器4的输出端与处理器3的输入端通过导线的方式电连接，雨量感应器4安装于翻斗式雨量传感器1的一侧，雨量感应器4用于定性感知测量降雨量的大小，并形成降雨量有无或强弱的雨感状态数据。其中，雨感状态数据中的强弱含有弱、中和强的强度。本实施例中，雨量感应器4可选用压电式雨量感应器，如型号为CG-62的压电式雨量感应器。压电振子受到雨淋，按照雨滴的强弱和降雨量大小做振动，通过振动形成降雨量有无或强弱的雨感状态数据。

压电式雨量感应器的具体工作方式为：采用冲击测量原理对降雨量大小和降雨量的强度进行测算，即雨滴在降落过程中受到雨滴重量和空气阻力的作用，到达地面时速度为恒定速度,根据P=mv，测量冲击力即可求出雨滴重量，从而实现测量降雨量的大小和强度。雨量感应器测出感知雨感状态数据后通过输出端反馈给MCU的输入端。

其中，处理器3的输入端与测量电路2的输出端通过导线的方式电连接，处理器3存有降雨量监测站点历史雨量极值的阈值数据。即，阈值数据具体包含该站点及周边站点时间和空间领域的历史雨量极值。处理器3根据阈值数据和雨感状态数据对获取的降水观测要素数据进行处理、并判断获取的降水观测要素数据是否可信、可疑或假值，处理器3的输出端输出质控后的降水观测要素数据。同时，处理器3设有用于数据交互的数据RS232接口36。数据RS232接口36为RS232接口36，采用3线制RS232串行数据RS232接口36，可扩展连接其他有线或无线通信模块，完成数据交互。

具体的，处理器3包括MCU31、数据存储器32、程序存储器33、驱动电路34和时钟35。MCU31根据阈值数据和雨感状态数据、用于处理获取的降水观测要素数据，并判断降水观测要素数据是否可信、可疑或假值。数据存储器32、程序存储器33、驱动电路34和时钟35均与MCU31通信连接，数据存储器32用于存储阈值数据、雨感状态数据和用于正常工作状态的备份数据，程序存储器33用于存储质控降水观测要素数据的程序信息，驱动电路34用于对MCU31获取的信号进行放大，时钟35用于对MCU31提供时钟35脉冲。本实施例中，处理器3可选用的型号为AT89S52芯片。处理器3的具体判断方式为：若降水观测要素数据可信，处理器3的输出端输出一个带可信标志的雨量值，若降水观测要素数据可疑，处理器3的输出端输出一个带可疑标志的雨量值，若降水观测要素数据为假值，处理器3的输出端输出带报警功能的出错雨量值。

数据存储器32存储阈值数据、雨感状态数据和用于正常工作状态的备份数据。程序存储器33存储质控降水观测要素数据的程序信息和用于诊断和恢复备份数据的程序信息。工作时，翻斗式雨量传感器1通过降雨获取开关信号，测量电路2中的采集模块把开关信号转换成降水观测要素数据，同时，雨量感应器4检测雨情的有无及大小，MCU31通过获取的降水观测要素数据同雨感状态数据和阈值数据分别进行比对判断，MCU31判断后对降水观测要素数据进行处理，从而实现既有佐证雨感状态数据的验证、又有历史空间时间极值这一阈值的把关，不仅实现智能对降水观测要素数据进行质量控制，而且能够实现及时的发现翻斗式雨量传感器1的故障。

同时，通过MCU31调用用于诊断的程序信息，当翻斗式雨量传感器1、测量电路2、处理器3和供电电路6的工作状态出现异常故障时，能够实现自动诊断出工作是否正常以及进行故障定位。通过MCU31调用恢复备份数据的程序信息进行相应故障的恢复，从而实现智能的对翻斗式雨量传感器1、测量电路2、处理器3和供电电路6进行维护保障。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例还包括监测电路5，监测电路5的输入端分别与翻斗式雨量传感器1的输出端、测量电路2的输出端和处理器3的输出端通过导线连接的方式电连接。监测电路5用于监测翻斗式雨量传感器1、测量电路2和处理器3的工作状态，且形成监测信息，并将监测信息反馈至MCU31。MCU与测量电路2电连接，用于处理降水观测要素数据信息和状态信息。

本实施例中，请一并参阅图3，监测电路5可选用由A7840芯片构成的电流信号监测电路5。监测电路5的输入端分别直接串接翻斗式雨量传感器1输出端、测量电路2输出端和处理器3的输出端电连接，将输出电流信号由采样电阻转化为电压信号，电压信号经R1引入到A7840的信号输入端，由U3进行光电隔离和线性传输。从而实现对输入信号进行检测，形成监测信息。

通过监测电路5实时监测翻斗式雨量传感器1、测量电路2和处理器3的工作状态，形成监测信息，并把监测信息反馈至MCU31，MCU31对监测信息与正常工作状态的备份数据进行分析对比处理，从而具有性能可靠、准确性高、易维护和易备份的特点，从而能够对降雨量的信号采集、数据处理和质量控制进行保障。从而使得本申请具有性能可靠、准确性高、易维护和易备份的特点。实现降雨量的信号采集、数据处理、质量控制和翻斗式雨量传感器1的自检测，从而保障降雨数据获取的精确性。

实施例三

在实施例一的基础上，本实施例还包括供电电路6。其中，处理器3、监测电路5和测量电路2均与供电电路6电连接，供电电路6用于对处理器3、监测电路5和测量电路2进行供电，且监测电路5能够监测供电电路6的工作状态，形成状态信息。同时，供电电路6设有电源接口61。同时，测量电路2也能检测供电电路6的工作状态，形成监测信息、并反馈至MCU31。本实施例中，请一并参阅图4，可采用外接蓄电池或通过电源接口61外接电源的方式通过供电电路6对检测电路、处理器3和测量电路2进行供电。从而能够实现实时对处理器3、监测电路5和测量电路2进行稳压供电。

本发明还提供一种智能翻斗式雨量测量仪，包括以上的智能翻斗式雨量监测***。优选的，智能翻斗式雨量测量仪中的传感器为以上的智能翻斗式雨量监测***。从而使得智能翻斗式雨量测量仪实现信号采集、数据处理、质量控制、自检测、自诊断、自恢复等功能。

以上实施案例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种智能翻斗式雨量监测***，其特征在于，包括翻斗式雨量传感器（1）、测量电路（2）、处理器（3）和雨量感应器（4）；

所述翻斗式雨量传感器（1）通过降雨量形成开关信号；

所述测量电路（2）的输入端与所述翻斗式雨量传感器（1）电连接，测量电路（2）用于获取所述开关信号，并把所述开关信号转换成降水观测要素数据；

所述雨量感应器（4）的输出端与所述处理器（3）的输入端电连接，雨量感应器（4）安装于翻斗式雨量传感器（1）的外筒壁一侧，雨量感应器（4）用于定性感知测量降雨量的大小，并形成降雨量有无或强弱的雨感状态数据；

所述处理器（3）的输入端与所述测量电路（2）的输出端电连接，处理器（3）存储有降雨量监测站点历史雨量极值的阈值数据，处理器（3）根据雨感状态数据和阈值数据对获取的降水观测要素数据进行综合比对处理、并判断获取的所述降水观测要素数据是否可信、可疑或假值，处理器（3）的输出端输出质控后的降水观测要素数据。

2.根据权利要求1所述的智能翻斗式雨量监测***，其特征在于，所述翻斗式雨量传感器（1）包括计数翻斗、磁钢和干簧管；

所述计数翻斗用于计数雨量，所述磁钢与所述计数翻斗连接，所述干簧管与所述测量电路（2）的输入端电连接，计数翻斗翻转的状态下，所述磁钢与所述干簧管呈磁吸配合，所述干簧管呈磁化闭合产生所述开关信号。

3.根据权利要求2所述的智能翻斗式雨量监测***，其特征在于，所述测量电路（2）包括采集模块，所述采集模块用于将所述开关信号转换成降水观测要素数据。

4.根据权利要求1或3所述的智能翻斗式雨量监测***，其特征在于，所述处理器（3）包括MCU（31）、数据存储器（32）、程序存储器（33）、驱动电路（34）和时钟（35），所述MCU（31）根据所述雨感状态数据和阈值数据、用于质控获取的降水观测要素数据，并判断降水观测要素数据是否可信、可疑或假值；

所述数据存储器（32）、程序存储器（33）、驱动电路（34）和时钟（35）均与所述MCU（31）通信连接，数据存储器（32）用于存储所述雨感状态数据和阈值数据，所述程序存储器（33）用于存储质控所述降水观测要素数据的程序信息，所述驱动电路（34）用于对MCU（31）获取的信号进行放大，所述时钟（35）用于对MCU（31）提供时钟（35）脉冲。

5.根据权利要求4所述的智能翻斗式雨量监测***，其特征在于，还包括供电电路（6），所述处理器（3）和测量电路（2）均与所述供电电路（6）电连接，供电电路（6）用于对所述处理器（3）和测量电路（2）进行供电。

6.根据权利要求5所述的智能翻斗式雨量监测***，其特征在于，所述供电电路（6）设有电源接口（61）。

7.根据权利要求6所述的智能翻斗式雨量监测***，其特征在于，所述处理器（3）设有用于数据交互的数据RS232接口（36）。

8.根据权利要求4所述的智能翻斗式雨量监测***，其特征在于，还包括监测电路（5），所述测量电路（2）与所述翻斗式雨量传感器（1）、测量电路（2）、处理器（3）、雨量感应器（4）和供电电路（6）电连接；

测量电路（2）用于监测翻斗式雨量传感器（1）、测量电路（2）、雨量感应器（4）、处理器（3）和供电电路（6）的工作状态，且形成监测信息、并反馈至MCU（31）；

所述数据存储器（32）还存储有用于正常工作状态的备份数据，所述程序存储器（33）还存储有用于诊断和恢复备份数据的程序信息，所述MCU（31）用于处理所述监测信息。

9.一种智能翻斗式雨量测量仪，其特征在于，包括权利要求1-权利要求8中任一项所述的智能翻斗式雨量监测***。

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