專利名稱：一種便攜式雨量監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種便攜式雨量監(jiān)測裝置。
背景技術：
水庫多點等值線降雨量監(jiān)測和軍事移動氣象降水量監(jiān)測等野(室)外雨量監(jiān)測作業(yè)，往往要求雨量監(jiān)測裝置除具有便攜和安裝使用方便的特點外，因其多使用蓄電池或干電池供電，還要求其具有微功耗的特性。而目前國內(nèi)外氣象臺(站)、水文觀測站，農(nóng)林系統(tǒng)和鐵路等部門用以測量液態(tài)降水量的裝置由于受其自身結構和測試方法的局限，顯然是難以滿足上述要求的。
實用新型內(nèi)容本實用新型就是針對上述問題提供一種便攜式雨量監(jiān)測裝置。
本實用新型提供的技術方案是一種便攜式雨量監(jiān)測裝置，主要由雨量傳感器及其信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，微處理器、鍵盤掃描電路和顯示電路組成，雨量傳感器及其信號調(diào)理電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端和控制端與微處理器的I/O口相接，微處理器的I/O口與顯示電路的控制端和數(shù)據(jù)端相連，鍵盤掃描電路的掃描輸出端和掃描輸入端與微處理器的I/O口相接。
上述雨量傳感器由若干片相互并聯(lián)且電絕緣的電容器極板構成。雨量傳感器設有外殼，外殼上設有進雨口和雨水出口。
上述雨量傳感器信號調(diào)理電路主要由正弦波發(fā)生器電路，雨量傳感器測量電路，正弦波90度移相器，移相正弦波幅度調(diào)整電路，正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路，模擬開關、有源低通濾波器、同相放大器和由運放器和乘法器組成的有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路構成，正弦波發(fā)生器電路輸出端與正弦波90度移相器的輸入端相連，正弦波90度移相器的輸出端與移相正弦波幅度調(diào)整電路的輸入端相連，移相正弦波幅度調(diào)整電路的輸出端與正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路的輸出端與模擬開關的控制端相連，模擬開關的輸入端與雨量傳感器測量電路輸出端相連，模擬開關的輸出端與有源低通濾波器輸入端相連，有源低通濾波器的輸出端與同相放大器的輸入端相連，同相放大器的輸出端接入由運放器和乘法器組成的有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路輸入端。
本實用新型設有實時時鐘/日歷電路，它的數(shù)據(jù)端和控制信號輸入端與微處理器的I/O口相接。
本實用新型還設有看門狗電路，它的控制腳和輸出腳與微處理器I/O口相連。設有自動啟停控制電路，它由比較器和固態(tài)繼電器組成，其中比較器的同相輸入端與雨量傳感器及其信號調(diào)理電路中的有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路輸出端相連，比較器的反相輸入端接入?yún)⒖茧妷海容^器的輸出與固態(tài)繼電器控制輸入端相連。
本實用新型靈敏度高，實時性好；測量誤差小，積算功能強大，不僅可實時進行雨量監(jiān)測，還能夠完成24小時雨量變化積算工作；本裝置采用了微功耗器件，用高靈敏度雨量傳感器不僅可以為雨量測試裝置提供雨量信息，而且可以在識別微小液態(tài)降水量的同時自動啟停本實用新型中其他電路的運行，從而大幅度降低了雨量監(jiān)測裝置的功耗，延長了使用時間。整個裝置無運動件，具有結構簡單緊湊，便于攜帶，可靠性高，壽命長，價格低廉和微功耗等特點。


圖1是本實用新型總體結構示意圖；圖2是本實用新型雨量傳感器信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換電路和自動啟停控制電路原理圖；圖3是本實用新型看門狗和電源監(jiān)控電路、雨量信息存儲電路、鍵盤掃描電路、實時時鐘/日歷電路、電力不足報警電路和液晶顯示電路以及它們分別與微處理器的連接原理圖；圖4是本實用新型雨量傳感器結構示意圖；圖5是圖4的俯視圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例，對本實用新型作進一步詳細的描述參見圖1，本實用新型由以下幾部分構成雨量傳感器及其信號調(diào)理電路1、A/D轉(zhuǎn)換電路2，自動啟停控制電路3、實時時鐘/日歷電路4，微處理器5、看門狗電路和電源監(jiān)控6、雨量信息存儲電路7、鍵盤掃描電路8、顯示電路9和電力不足報警電路10組成。
圖4和圖5中所示本實用新型的雨量傳感器11的核心部件是8組電容器，電容器極板12是16片0.5mm厚度的不銹鋼板，多片電容器極板12相互并聯(lián)以增大承雨量。四根與電容器極板12電絕緣的螺栓13固定8組電容器成一整體，結構排列成直通式(即極板12之間的間隙17為雨水通道，雨水通道17的兩端為進雨口14和出雨口15)并與雨量傳感器外殼16連接，流進電容器的雨水可穿過直通式電容器極板流走。由電容器原理可知，電容量與電容器極板間介質(zhì)的介電常數(shù)有關，即其電容量CAa的大小與雨量的大小有關。本實用新型專利利用介質(zhì)(雨量)組成的電容傳感器結構能有效地解決雨量大小的量測，并具有靈敏度高、響應快、易于沖洗等特點。
圖2中，本實用新型的雨量傳感器信號調(diào)理電路1包括了ICL8038正弦波發(fā)生器電路，雨量傳感器中電容量CAa的測量電路U4，正弦波90度移相器U1A，移相正弦波幅度調(diào)整電路U1B，正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路U2A。如出現(xiàn)降雨，雨量的大小實時地轉(zhuǎn)換為CAa電容量的變化，U4輸出的正弦交流電壓幅度正比于CAa。ICL8038正弦波發(fā)生器電路的輸出信號既是CAa的測量電路U4的激勵源，又是正弦波90度移相器的參考信號源，該輸出一路接電容CAa的測量電路輸入端，一路接正弦波90度移相器U1A輸入端。正弦波90度移相器U1A輸出至正弦波幅度調(diào)整電路U1B，再經(jīng)正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路U2A完成波形轉(zhuǎn)換后輸出至模擬開關4066A的開關控制端，模擬開關4066A的輸入端與電容CAa測量電路U4輸出端相連，所以CAa測量電路輸出的正弦信號與移相90度后的同頻方波通過模擬開關4066A實現(xiàn)相關運算，運算結果輸出至有源低通濾波器U6，CAa越大，有源低通濾波器U6輸入信號的幅度越大，把該輸入信號轉(zhuǎn)換成電平信號輸出的電平幅度就越大，而有源低通濾波器U6的輸出經(jīng)同相放大器U7接入由運放器U8、U9、U10和乘法器RC4200組成的有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路，最后由運放器U8、U9、U10和乘法器RC4200組成的有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路輸出直流電平也越大，從而雨量信號檢測及調(diào)理電路就有效把CAa的大小變化轉(zhuǎn)化成直流電平的大小變化。有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器U21(AD574)輸入端相連，U21的控制端與微處理器P87C58X2的P3I/O口相接，U21的輸出端與圖3中總線驅(qū)動器U23數(shù)據(jù)端相連，總線驅(qū)動器U23輸出端與微處理器POI/O口相連，微處理器可通過POI/O口讀入U21轉(zhuǎn)換結果以便對這些雨量數(shù)據(jù)進行相應算法處理，完成實時雨量監(jiān)測和24小時雨量變化積算的工作。自動啟?？刂齐娐酚杀容^器U2B和固態(tài)繼電器SSR組成，其中比較器U2B的同相輸入端與有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路的輸出端相連，比較器U2B的反相輸入端接入?yún)⒖茧妷?，比較器U2B的輸出與固態(tài)繼電器SSR控制輸入端相連，裝置的電源通過固態(tài)繼電器SSR的可控開關給圖3中微處理器、看門狗和電源監(jiān)控電路、雨量信息存儲電路、鍵盤掃描電路、實時時鐘/日歷電路和液晶顯示電路供電。裝置上電后，如無雨或雨停時，有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路的輸出信號很小，比較器U2B輸出低電平，固態(tài)繼電器SSR的可控開關斷開，裝置中只有雨量傳感器及其信號調(diào)理電路1、A/D轉(zhuǎn)換電路2和自動啟?？刂齐娐?得電工作；當下雨時，有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路的輸出信號較大，比較器U2B輸出高電平，固態(tài)繼電器SSR的可控開關閉合，裝置電路才全部投入工作。這種措施其節(jié)電效果遠優(yōu)于單純使微處理器處于休眠態(tài)，從而有利于節(jié)省能耗和延長裝置使用時間。
在圖3中，微處理器P87C58X2是與80C51完全兼容的OTP型單片機，內(nèi)有32KB程序存儲單元，提供多種低電壓操作和低功耗電源控制模式，還具有多重保密級別，適合本實用新型的設計要求。系統(tǒng)看門狗和電源監(jiān)控電路由看門狗和電源監(jiān)控芯片U22、非門U24a、U24b和或門U25a構成，U22的兩路輸出端經(jīng)U24a和U25a與微處理器P87C58X2的復位端相連，在系統(tǒng)上電和微處理器P87C58X2程序跑飛時為微處理器P87C58X2提供復位信號，使得微處理器P87C58X2始終正常運行；系統(tǒng)電源經(jīng)電阻分壓后輸入U22，當系統(tǒng)電源下降至臨界值時，U22經(jīng)U24b向微處理器P87C58X2的INTO輸出中斷請求信號，P87C58X2執(zhí)行中斷程序，保存現(xiàn)場數(shù)據(jù)并通過P24腳驅(qū)動報警電路，發(fā)光管D1點亮，SPEAKER發(fā)出報警聲響，以提醒使用者及時更換電池。雨量信息存儲電路主要采用串行EEPRROM芯片24WC256，它的SDA、SCL腳分別與微處理器P87C58X2的I/O端口P20P21構成I2C總線連接關系。本實用新型采用PHILIP公司的內(nèi)含I2C總線接口功能的、具有極低功耗的多功能時鐘/日歷工業(yè)級芯片PCF8563組成實時時鐘/日歷電路，它的SDA、SCL腳分別與微處理器P87C58X2的I/O端口P22P23構成I2C總線連接關系，它的INT中斷輸出腳與微處理器P87C58X2的INT1腳相連。相關的預置信息由工作人員通過鍵盤掃描電路輸入，微處理器P87C58X2通過I/O端口P10至P16構成掃描矩陣來掃描鍵盤，以完成被按下的鍵盤識別和處理。微處理器P87C58X2的I/O端口P0、P25P26P27和讀寫控制端口分別經(jīng)總線驅(qū)動器U23、與門U26a與液晶顯示電路中的液晶顯示器CCM162數(shù)據(jù)端口和控制端口相連，用于顯示被按下的鍵盤、雨量和處理結果等信息。
權利要求1.一種便攜式雨量監(jiān)測裝置，其特征在于主要由雨量傳感器(11)及其信號調(diào)理電路(1)、A/D轉(zhuǎn)換電路(2)，微處理器(5)、鍵盤掃描電路(8)和顯示電路(9)組成，雨量傳感器及其信號調(diào)理電路(1)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路(2)的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路(2)的輸出端和控制端與微處理器(5)的I/O口相接，微處理器(5)的I/O口與顯示電路(9)的控制端和數(shù)據(jù)端相連，鍵盤掃描電路(8)的掃描輸出端和掃描輸入端與微處理器(5)的I/O口相接。
2.根據(jù)權利要求1所述的雨量監(jiān)測裝置，其特征在于雨量傳感器(11)由若干片相互并聯(lián)且電絕緣的電容器極板(12)構成。
3.根據(jù)權利要求2所述的雨量監(jiān)測裝置，其特征在于雨量傳感器(11)設有外殼(16)，外殼上設有進雨口(14)和雨水出口(15)。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的雨量監(jiān)測裝置，其特征在于雨量傳感器信號調(diào)理電路(1)主要由正弦波發(fā)生器電路，雨量傳感器測量電路，正弦波90度移相器，移相正弦波幅度調(diào)整電路，正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路，模擬開關、有源低通濾波器、同相放大器和由運放器和乘法器組成的有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路構成，正弦波發(fā)生器電路輸出端與正弦波90度移相器的輸入端相連，正弦波90度移相器的輸出端與移相正弦波幅度調(diào)整電路的輸入端相連，移相正弦波幅度調(diào)整電路的輸出端與正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路的輸出端與模擬開關的控制端相連，模擬開關的輸入端與雨量傳感器測量電路輸出端相連，模擬開關的輸出端與有源低通濾波器輸入端相連，有源低通濾波器的輸出端與同相放大器的輸入端相連，同相放大器的輸出端接入由運放器和乘法器組成的有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路輸入端。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的雨量監(jiān)測裝置，其特征在于設有實時時鐘/日歷電路(4)，它的數(shù)據(jù)端和控制信號輸入端與微處理器(5)的I/O口相接。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的雨量監(jiān)測裝置，其特征在于設有看門狗電路(6)，它的控制腳和輸出腳與微處理器(5)I/O口相連。
7.根據(jù)權利要求1或2或3所述的雨量監(jiān)測裝置，其特征在于設有自動啟?？刂齐娐?3)，它由比較器和固態(tài)繼電器組成，其中比較器的同相輸入端與雨量傳感器及其信號調(diào)理電路(1)中的有效值/直流轉(zhuǎn)換器電路輸出端相連，比較器的反相輸入端接入?yún)⒖茧妷?，比較器的輸出與固態(tài)繼電器控制輸入端相連。
專利摘要一種便攜式雨量監(jiān)測裝置，主要由雨量傳感器及其信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，微處理器、鍵盤掃描電路和顯示電路組成，雨量傳感器及其信號調(diào)理電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端和控制端與微處理器的I/O口相接，微處理器的I/O口與顯示電路的控制端和數(shù)據(jù)端相連，鍵盤掃描電路的掃描輸出端和掃描輸入端與微處理器的I/O口相接。本實用新型靈敏度高，實時性好；測量誤差小，積算功能強大，不僅可實時進行雨量監(jiān)測，還能夠完成24小時雨量變化積算工作。整個裝置無運動件，具有結構簡單緊湊，便于攜帶，可靠性高，壽命長，價格低廉和微功耗等特點。
文檔編號G01W1/14GK2762155SQ20042005774
公開日2006年3月1日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權日2004年12月14日
發(fā)明者熊昌侖, 鄧華 申請人:武漢大學