雨量監(jiān)測儀設(shè)計與開發(fā)

藍必鐵

摘 要：山洪災(zāi)害的根源就是下雨，尤其是南方地區(qū)，全年雨量累計值非常大。所以實時監(jiān)測每個地方的雨量，是山洪災(zāi)害預(yù)警不可缺少的手段。筆者在2016年有幸參加了梧州市水利局山洪預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)與維護工作，根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計要求獨自開發(fā)了一套雨量監(jiān)測儀。該套雨量監(jiān)測儀通過翻斗式雨量傳感器采集雨量信號，然后再通過單片機進行信號處理，最后通過GPRSDTU無線發(fā)射器將數(shù)據(jù)上傳到遠程服務(wù)器，從而實現(xiàn)了雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：雨量監(jiān)測儀；傳感器；無線發(fā)射器；遠程服務(wù)器

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.120

我國南方地區(qū)常年雨量比較大，由此引發(fā)的山洪災(zāi)害時有發(fā)生，所以山洪災(zāi)害預(yù)警刻不容緩。隨著社會的發(fā)展和科技的不斷創(chuàng)新，國家也非常重視山洪災(zāi)害問題，在很多地區(qū)都組建了山洪預(yù)警系統(tǒng)。我們梧州市當(dāng)然也不落后，在梧州市水利局也同樣組建了山洪預(yù)警系統(tǒng)。本套系統(tǒng)主要是由遠程服務(wù)器和雨量監(jiān)測儀2大部分組成。本文筆者著重介紹雨量監(jiān)測儀的設(shè)計與開發(fā)。

1 關(guān)鍵詞解析

1.1 翻斗式雨量傳感器

翻斗式雨量傳感器主要由承雨器、翻斗部件組成，承雨器用于承接、采集降雨，翻斗部件的核心是翻斗，起計量作用。其中，測量斗一般有0.5 mm分辨精度和0.2 mm分辨精度2種類型。0.5 mm分辨精度一般用于平均年降雨量在800 mm以上的地區(qū)；相反，如果低于800 mm，就用0.2 mm精度。工作時，降雨落入承雨器后匯集流入翻斗部件中，隨著雨水不斷地流入翻斗部件中，當(dāng)測量斗滿時，由于翻斗自重、翻斗內(nèi)水的質(zhì)量，翻斗部件不斷下沉。當(dāng)翻斗下沉到一定位置時，翻斗狀態(tài)發(fā)生突變，翻斗翻轉(zhuǎn)并對外產(chǎn)生一個通斷信號，從而得到一次計量信號。翻斗翻轉(zhuǎn)后，測量斗中的水被倒出，由于翻斗重心發(fā)生移位，翻斗重新復(fù)位到原來位置。這樣周而復(fù)始地工作。

1.2 GPRSDTU無線發(fā)射器

GPRSDTU無線發(fā)射器是一種無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其內(nèi)部通過SIM卡組建無線網(wǎng)絡(luò)，并且該模塊還可以通過RS232對外進行數(shù)據(jù)交換通信。我們只要通過RS232接口對它進行參數(shù)設(shè)置，就可以進行數(shù)據(jù)無線傳輸了。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計提出一種基于Atmega64/128系列單片機的雨量監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、溫度采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)無線傳輸模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收數(shù)據(jù)處理模塊等組成。

雨量監(jiān)測儀先通過翻斗式雨量傳感器采集雨量脈沖信號，通過單片機對脈沖信號個數(shù)累計處理并計算得出結(jié)果，而且單片機還通過串口0對GY-39模塊進行溫度采集。為了更好地監(jiān)控硬件電池運行狀態(tài)，本系統(tǒng)還對電池電壓進行采集。當(dāng)所有數(shù)據(jù)都采集完畢后，單片機按照通信協(xié)議格式對采集來的數(shù)據(jù)進行打包整理，最后單片機通過串口1向GPRSDTU模塊進行數(shù)據(jù)傳輸并向遠程服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。

3 硬件設(shè)計說明

本雨量監(jiān)測儀主要用到如下硬件部件：①翻斗式雨量傳感器。此傳感器主要采集雨量脈沖信號。②Atmega64/128系列單片。此單片作為核心紐帶，起著信號接收、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)處理、通訊協(xié)議解碼等核心作用。③GY-39模塊。此模塊內(nèi)部集成了溫度、濕度、氣壓、海拔高度測量功能，我們只要通過串口與其通信，就可以采集到相關(guān)數(shù)據(jù)信息。④太陽能電池板、12 V電池。這2種部件主要為系統(tǒng)提供必要的電力能源。⑤GPRSDTU模塊。此模塊主要通過SIM卡來組建網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送與接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。這里，我們使用了有人公司提供的USR-GPRS-730系列無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。⑥D(zhuǎn)S1302芯片。此芯片為系統(tǒng)提供精準的時間來源。電池電壓采集功能是通過3個4 K電阻對12 V電池進行分壓取樣，并引入到單片機AD轉(zhuǎn)換引腳上進行采樣及AD轉(zhuǎn)換。

4 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)開發(fā)語言主要是C、C#2種，C語言主要對單片機進行底層軟件開發(fā)，C#語言主要用于對窗口設(shè)置軟件進行開發(fā)。目前，本套系統(tǒng)的上位機瀏覽系統(tǒng)采用四創(chuàng)研發(fā)的山洪預(yù)警系統(tǒng)，所以雨量監(jiān)測儀的核心部分就是與山洪預(yù)警系統(tǒng)通信，同時還與GY-39模塊進行通信采集溫度數(shù)據(jù)。下面我們對這2種通信協(xié)議進行分析說明。

4.1 四創(chuàng)采集通信協(xié)議分析

本協(xié)議的字符串以“<”打頭，并以“>”結(jié)束，中間用“，”將數(shù)據(jù)段隔開。在這里，我們分析一條單片機向服務(wù)器傳送數(shù)據(jù)的命令字符串，例如：

F0：采集數(shù)據(jù)命令之意。

808D2211：站點編號。

BT1371：BT是系統(tǒng)電壓標示；1371對應(yīng)13.71 V，一共由4個字符組成，13是十位與個位，71是小數(shù)點后兩位。

TP0201：TP是溫度標示；0201一共4個字符，表示20.1 ℃，020表示溫度百、十、個位溫度，1表示小數(shù)點后面的數(shù)據(jù)。

RN6850：RN是雨量累計標示，6850是雨量累計數(shù)值。

4.2 GY-39通信協(xié)議分析（分2類）

模塊輸出指令格式（16進制）：

5a 5a 45 0a 0b 2d 00 97 c4 3f 12 77 00 9c fa

5a：幀開頭。

5a：幀開頭。

45：命令字節(jié)（比如0×45是溫度、濕度、氣壓、海拔命令）。

0a：數(shù)據(jù)量（10個數(shù)據(jù)量，0b～9c）。

而引起受眾群體的興趣、關(guān)注和積極參與，實現(xiàn)開展新型服務(wù)的基礎(chǔ)氛圍。

3.2 充分利用現(xiàn)有資源，挖掘潛力

高校共圖書館目前主要為學(xué)生提供讀書、聆聽講座和學(xué)術(shù)交流等功能，公共區(qū)域大部分閑置率比較高?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有圖書館內(nèi)較為寬敞和適合改造的公共區(qū)域作為創(chuàng)客空間，整體完成創(chuàng)客空間的規(guī)劃籌建工作。硬件的建設(shè)可以以數(shù)字媒體空間為起點，逐漸建設(shè)高級空間的創(chuàng)意體驗空間，最終建成創(chuàng)客空間。在硬件選購上不斷完善和補充，可以采取逐步購進和不斷更新方式。前期建設(shè)技術(shù)設(shè)備，比如建模軟件、開源的程序代碼、應(yīng)用軟件資源和計算機硬件等，隨著創(chuàng)客群體的不斷擴大和受眾群體的增加，逐步建設(shè)相應(yīng)的配套設(shè)備，比如3D打印機等，同時，必須制訂完善的規(guī)章制度，建立專家智能庫，招聘技術(shù)人員和招募志愿者，為創(chuàng)客空間運行時提供人員保障。

3.3 與企業(yè)合作共贏

圖書館功能的實現(xiàn)一般與本地高新技術(shù)企業(yè)和相關(guān)協(xié)會建立合作共贏方式，創(chuàng)客者以及社會團體組織參與，從而實現(xiàn)創(chuàng)客空間的內(nèi)在價值，在互惠互利的基礎(chǔ)上，創(chuàng)客空間通過募捐、贊助等各種方式，在技術(shù)、資金、設(shè)備層面可以給予圖書館支持，保證創(chuàng)客空間順利實施和可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于創(chuàng)客空間的高校圖書館服務(wù)體系的構(gòu)建能夠豐富圖書館服務(wù)的功能及內(nèi)容，促進圖書館的轉(zhuǎn)型升級，而且對滿足讀者的服務(wù)需求具有十分重要的意義。因此，高校圖書館要積極轉(zhuǎn)變服務(wù)理念，結(jié)合圖書館自身的實際情況，合理建設(shè)創(chuàng)客空間，完善相關(guān)服務(wù)體系，從而滿足讀者的服務(wù)需求，促進高校圖書館的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]閻志華.基于創(chuàng)客空間的高校圖書館服務(wù)創(chuàng)新策略[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2016（09）.

[2]金淑娟，蔣合領(lǐng).創(chuàng)新驅(qū)動的圖書館創(chuàng)客空間生態(tài)系統(tǒng)研究[J].圖書館工作與研究，2016（04）.

〔編輯：張思楠〕