专利名称：一种便携式雨量监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便携式雨量监测装置。
背景技术：
水库多点等值线降雨量监测和军事移动气象降水量监测等野(室)外雨量监测作业，往往要求雨量监测装置除具有便携和安装使用方便的特点外，因其多使用蓄电池或干电池供电，还要求其具有微功耗的特性。而目前国内外气象台(站)、水文观测站，农林系统和铁路等部门用以测量液态降水量的装置由于受其自身结构和测试方法的局限，显然是难以满足上述要求的。
实用新型内容本实用新型就是针对上述问题提供一种便携式雨量监测装置。
本实用新型提供的技术方案是一种便携式雨量监测装置，主要由雨量传感器及其信号调理电路、A/D转换电路，微处理器、键盘扫描电路和显示电路组成，雨量传感器及其信号调理电路输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和控制端与微处理器的I/O口相接，微处理器的I/O口与显示电路的控制端和数据端相连，键盘扫描电路的扫描输出端和扫描输入端与微处理器的I/O口相接。
上述雨量传感器由若干片相互并联且电绝缘的电容器极板构成。雨量传感器设有外壳，外壳上设有进雨口和雨水出口。
上述雨量传感器信号调理电路主要由正弦波发生器电路，雨量传感器测量电路，正弦波90度移相器，移相正弦波幅度调整电路，正弦波/方波转换电路，模拟开关、有源低通滤波器、同相放大器和由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路构成，正弦波发生器电路输出端与正弦波90度移相器的输入端相连，正弦波90度移相器的输出端与移相正弦波幅度调整电路的输入端相连，移相正弦波幅度调整电路的输出端与正弦波/方波转换电路的输入端相连，正弦波/方波转换电路的输出端与模拟开关的控制端相连，模拟开关的输入端与雨量传感器测量电路输出端相连，模拟开关的输出端与有源低通滤波器输入端相连，有源低通滤波器的输出端与同相放大器的输入端相连，同相放大器的输出端接入由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路输入端。
本实用新型设有实时时钟/日历电路，它的数据端和控制信号输入端与微处理器的I/O口相接。
本实用新型还设有看门狗电路，它的控制脚和输出脚与微处理器I/O口相连。设有自动启停控制电路，它由比较器和固态继电器组成，其中比较器的同相输入端与雨量传感器及其信号调理电路中的有效值/直流转换器电路输出端相连，比较器的反相输入端接入参考电压，比较器的输出与固态继电器控制输入端相连。
本实用新型灵敏度高，实时性好；测量误差小，积算功能强大，不仅可实时进行雨量监测，还能够完成24小时雨量变化积算工作；本装置采用了微功耗器件，用高灵敏度雨量传感器不仅可以为雨量测试装置提供雨量信息，而且可以在识别微小液态降水量的同时自动启停本实用新型中其他电路的运行，从而大幅度降低了雨量监测装置的功耗，延长了使用时间。整个装置无运动件，具有结构简单紧凑，便于携带，可靠性高，寿命长，价格低廉和微功耗等特点。


图1是本实用新型总体结构示意图；图2是本实用新型雨量传感器信号调理、A/D转换电路和自动启停控制电路原理图；图3是本实用新型看门狗和电源监控电路、雨量信息存储电路、键盘扫描电路、实时时钟/日历电路、电力不足报警电路和液晶显示电路以及它们分别与微处理器的连接原理图；图4是本实用新型雨量传感器结构示意图；图5是图4的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细的描述参见图1，本实用新型由以下几部分构成雨量传感器及其信号调理电路1、A/D转换电路2，自动启停控制电路3、实时时钟/日历电路4，微处理器5、看门狗电路和电源监控6、雨量信息存储电路7、键盘扫描电路8、显示电路9和电力不足报警电路10组成。
图4和图5中所示本实用新型的雨量传感器11的核心部件是8组电容器，电容器极板12是16片0.5mm厚度的不锈钢板，多片电容器极板12相互并联以增大承雨量。四根与电容器极板12电绝缘的螺栓13固定8组电容器成一整体，结构排列成直通式(即极板12之间的间隙17为雨水通道，雨水通道17的两端为进雨口14和出雨口15)并与雨量传感器外壳16连接，流进电容器的雨水可穿过直通式电容器极板流走。由电容器原理可知，电容量与电容器极板间介质的介电常数有关，即其电容量CAa的大小与雨量的大小有关。本实用新型专利利用介质(雨量)组成的电容传感器结构能有效地解决雨量大小的量测，并具有灵敏度高、响应快、易于冲洗等特点。
图2中，本实用新型的雨量传感器信号调理电路1包括了ICL8038正弦波发生器电路，雨量传感器中电容量CAa的测量电路U4，正弦波90度移相器U1A，移相正弦波幅度调整电路U1B，正弦波/方波转换电路U2A。如出现降雨，雨量的大小实时地转换为CAa电容量的变化，U4输出的正弦交流电压幅度正比于CAa。ICL8038正弦波发生器电路的输出信号既是CAa的测量电路U4的激励源，又是正弦波90度移相器的参考信号源，该输出一路接电容CAa的测量电路输入端，一路接正弦波90度移相器U1A输入端。正弦波90度移相器U1A输出至正弦波幅度调整电路U1B，再经正弦波/方波转换电路U2A完成波形转换后输出至模拟开关4066A的开关控制端，模拟开关4066A的输入端与电容CAa测量电路U4输出端相连，所以CAa测量电路输出的正弦信号与移相90度后的同频方波通过模拟开关4066A实现相关运算，运算结果输出至有源低通滤波器U6，CAa越大，有源低通滤波器U6输入信号的幅度越大，把该输入信号转换成电平信号输出的电平幅度就越大，而有源低通滤波器U6的输出经同相放大器U7接入由运放器U8、U9、U10和乘法器RC4200组成的有效值/直流转换器电路，最后由运放器U8、U9、U10和乘法器RC4200组成的有效值/直流转换器电路输出直流电平也越大，从而雨量信号检测及调理电路就有效把CAa的大小变化转化成直流电平的大小变化。有效值/直流转换器电路的输出端与A/D转换器U21(AD574)输入端相连，U21的控制端与微处理器P87C58X2的P3I/O口相接，U21的输出端与图3中总线驱动器U23数据端相连，总线驱动器U23输出端与微处理器POI/O口相连，微处理器可通过POI/O口读入U21转换结果以便对这些雨量数据进行相应算法处理，完成实时雨量监测和24小时雨量变化积算的工作。自动启停控制电路由比较器U2B和固态继电器SSR组成，其中比较器U2B的同相输入端与有效值/直流转换器电路的输出端相连，比较器U2B的反相输入端接入参考电压，比较器U2B的输出与固态继电器SSR控制输入端相连，装置的电源通过固态继电器SSR的可控开关给图3中微处理器、看门狗和电源监控电路、雨量信息存储电路、键盘扫描电路、实时时钟/日历电路和液晶显示电路供电。装置上电后，如无雨或雨停时，有效值/直流转换器电路的输出信号很小，比较器U2B输出低电平，固态继电器SSR的可控开关断开，装置中只有雨量传感器及其信号调理电路1、A/D转换电路2和自动启停控制电路3得电工作；当下雨时，有效值/直流转换器电路的输出信号较大，比较器U2B输出高电平，固态继电器SSR的可控开关闭合，装置电路才全部投入工作。这种措施其节电效果远优于单纯使微处理器处于休眠态，从而有利于节省能耗和延长装置使用时间。
在图3中，微处理器P87C58X2是与80C51完全兼容的OTP型单片机，内有32KB程序存储单元，提供多种低电压操作和低功耗电源控制模式，还具有多重保密级别，适合本实用新型的设计要求。系统看门狗和电源监控电路由看门狗和电源监控芯片U22、非门U24a、U24b和或门U25a构成，U22的两路输出端经U24a和U25a与微处理器P87C58X2的复位端相连，在系统上电和微处理器P87C58X2程序跑飞时为微处理器P87C58X2提供复位信号，使得微处理器P87C58X2始终正常运行；系统电源经电阻分压后输入U22，当系统电源下降至临界值时，U22经U24b向微处理器P87C58X2的INTO输出中断请求信号，P87C58X2执行中断程序，保存现场数据并通过P24脚驱动报警电路，发光管D1点亮，SPEAKER发出报警声响，以提醒使用者及时更换电池。雨量信息存储电路主要采用串行EEPRROM芯片24WC256，它的SDA、SCL脚分别与微处理器P87C58X2的I/O端口P20P21构成I2C总线连接关系。本实用新型采用PHILIP公司的内含I2C总线接口功能的、具有极低功耗的多功能时钟/日历工业级芯片PCF8563组成实时时钟/日历电路，它的SDA、SCL脚分别与微处理器P87C58X2的I/O端口P22P23构成I2C总线连接关系，它的INT中断输出脚与微处理器P87C58X2的INT1脚相连。相关的预置信息由工作人员通过键盘扫描电路输入，微处理器P87C58X2通过I/O端口P10至P16构成扫描矩阵来扫描键盘，以完成被按下的键盘识别和处理。微处理器P87C58X2的I/O端口P0、P25P26P27和读写控制端口分别经总线驱动器U23、与门U26a与液晶显示电路中的液晶显示器CCM162数据端口和控制端口相连，用于显示被按下的键盘、雨量和处理结果等信息。
权利要求1.一种便携式雨量监测装置，其特征在于主要由雨量传感器(11)及其信号调理电路(1)、A/D转换电路(2)，微处理器(5)、键盘扫描电路(8)和显示电路(9)组成，雨量传感器及其信号调理电路(1)输出端与A/D转换电路(2)的输入端相连，A/D转换电路(2)的输出端和控制端与微处理器(5)的I/O口相接，微处理器(5)的I/O口与显示电路(9)的控制端和数据端相连，键盘扫描电路(8)的扫描输出端和扫描输入端与微处理器(5)的I/O口相接。
2.根据权利要求1所述的雨量监测装置，其特征在于雨量传感器(11)由若干片相互并联且电绝缘的电容器极板(12)构成。
3.根据权利要求2所述的雨量监测装置，其特征在于雨量传感器(11)设有外壳(16)，外壳上设有进雨口(14)和雨水出口(15)。
4.根据权利要求1或2或3所述的雨量监测装置，其特征在于雨量传感器信号调理电路(1)主要由正弦波发生器电路，雨量传感器测量电路，正弦波90度移相器，移相正弦波幅度调整电路，正弦波/方波转换电路，模拟开关、有源低通滤波器、同相放大器和由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路构成，正弦波发生器电路输出端与正弦波90度移相器的输入端相连，正弦波90度移相器的输出端与移相正弦波幅度调整电路的输入端相连，移相正弦波幅度调整电路的输出端与正弦波/方波转换电路的输入端相连，正弦波/方波转换电路的输出端与模拟开关的控制端相连，模拟开关的输入端与雨量传感器测量电路输出端相连，模拟开关的输出端与有源低通滤波器输入端相连，有源低通滤波器的输出端与同相放大器的输入端相连，同相放大器的输出端接入由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路输入端。
5.根据权利要求1或2或3所述的雨量监测装置，其特征在于设有实时时钟/日历电路(4)，它的数据端和控制信号输入端与微处理器(5)的I/O口相接。
6.根据权利要求1或2或3所述的雨量监测装置，其特征在于设有看门狗电路(6)，它的控制脚和输出脚与微处理器(5)I/O口相连。
7.根据权利要求1或2或3所述的雨量监测装置，其特征在于设有自动启停控制电路(3)，它由比较器和固态继电器组成，其中比较器的同相输入端与雨量传感器及其信号调理电路(1)中的有效值/直流转换器电路输出端相连，比较器的反相输入端接入参考电压，比较器的输出与固态继电器控制输入端相连。
专利摘要一种便携式雨量监测装置，主要由雨量传感器及其信号调理电路、A/D转换电路，微处理器、键盘扫描电路和显示电路组成，雨量传感器及其信号调理电路输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和控制端与微处理器的I/O口相接，微处理器的I/O口与显示电路的控制端和数据端相连，键盘扫描电路的扫描输出端和扫描输入端与微处理器的I/O口相接。本实用新型灵敏度高，实时性好；测量误差小，积算功能强大，不仅可实时进行雨量监测，还能够完成24小时雨量变化积算工作。整个装置无运动件，具有结构简单紧凑，便于携带，可靠性高，寿命长，价格低廉和微功耗等特点。
文档编号G01W1/14GK2762155SQ20042005774
公开日2006年3月1日 申请日期2004年12月14日 优先权日2004年12月14日
发明者熊昌仑, 邓华 申请人:武汉大学