雨量監測儀設計與開發

藍必鐵

摘 要：山洪災害的根源就是下雨，尤其是南方地區，全年雨量累計值非常大。所以實時監測每個地方的雨量，是山洪災害預警不可缺少的手段。筆者在2016年有幸參加了梧州市水利局山洪預警系統的開發與維護工作，根據本系統設計要求獨自開發了一套雨量監測儀。該套雨量監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無線發射器將數據上傳到遠程服務器，從而實現了雨量實時監測系統的建設。

關鍵詞：雨量監測儀；傳感器；無線發射器；遠程服務器

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

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

1 關鍵詞解析

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；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，當測量斗滿時，由于翻斗自重、翻斗內水的質量，翻斗部件不斷下沉。當翻斗下沉到一定位置時，翻斗狀態發生突變，翻斗翻轉并對外產生一個通斷信號，從而得到一次計量信號。翻斗翻轉后，測量斗中的水被倒出，由于翻斗重心發生移位，翻斗重新復位到原來位置。這樣周而復始地工作。

1.2 GPRSDTU無線發射器

GPRSDTU無線發射器是一種無線數據傳輸模塊，其內部通過SIM卡組建無線網絡，并且該模塊還可以通過RS232對外進行數據交換通信。我們只要通過RS232接口對它進行參數設置，就可以進行數據無線傳輸了。

2 系統總體設計

本系統設計提出一種基于Atmega64/128系列單片機的雨量監測系統。該系統由數據采集模塊、溫度采集模塊、數據處理模塊、數據無線傳輸模塊、網絡服務器接收數據處理模塊等組成。

雨量監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累計處理并計算得出結果，而且單片機還通過串口0對GY-39模塊進行溫度采集。為了更好地監控硬件電池運行狀態，本系統還對電池電壓進行采集。當所有數據都采集完畢后，單片機按照通信協議格式對采集來的數據進行打包整理，最后單片機通過串口1向GPRSDTU模塊進行數據傳輸并向遠程服務器發送數據。

3 硬件設計說明

本雨量監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、數據發送、數據處理、通訊協議解碼等核心作用。③GY-39模塊。此模塊內部集成了溫度、濕度、氣壓、海拔高度測量功能，我們只要通過串口與其通信，就可以采集到相關數據信息。④太陽能電池板、12 V電池。這2種部件主要為系統提供必要的電力能源。⑤GPRSDTU模塊。此模塊主要通過SIM卡來組建網絡并發送與接收網絡數據。這里，我們使用了有人公司提供的USR-GPRS-730系列無線數據傳輸模塊。⑥DS1302芯片。此芯片為系統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轉換引腳上進行采樣及AD轉換。

4 軟件設計

本系統開發語言主要是C、C#2種，C語言主要對單片機進行底層軟件開發，C#語言主要用于對窗口設置軟件進行開發。目前，本套系統的上位機瀏覽系統采用四創研發的山洪預警系統，所以雨量監測儀的核心部分就是與山洪預警系統通信，同時還與GY-39模塊進行通信采集溫度數據。下面我們對這2種通信協議進行分析說明。

4.1 四創采集通信協議分析

本協議的字符串以“<”打頭，并以“>”結束，中間用“，”將數據段隔開。在這里，我們分析一條單片機向服務器傳送數據的命令字符串，例如：

F0：采集數據命令之意。

808D2211：站點編號。

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

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表示小數點后面的數據。

RN6850：RN是雨量累計標示，6850是雨量累計數值。

4.2 GY-39通信協議分析（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（比如0×45是溫度、濕度、氣壓、海拔命令）。

0a：數據量（10個數據量，0b～9c）。

而引起受眾群體的興趣、關注和積極參與，實現開展新型服務的基礎氛圍。

3.2 充分利用現有資源，挖掘潛力

高校共圖書館目前主要為學生提供讀書、聆聽講座和學術交流等功能，公共區域大部分閑置率比較高。可以充分利用現有圖書館內較為寬敞和適合改造的公共區域作為創客空間，整體完成創客空間的規劃籌建工作。硬件的建設可以以數字媒體空間為起點，逐漸建設高級空間的創意體驗空間，最終建成創客空間。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。前期建設技術設備，比如建模軟件、開源的程序代碼、應用軟件資源和計算機硬件等，隨著創客群體的不斷擴大和受眾群體的增加，逐步建設相應的配套設備，比如3D打印機等，同時，必須制訂完善的規章制度，建立專家智能庫，招聘技術人員和招募志愿者，為創客空間運行時提供人員保障。

3.3 與企業合作共贏

圖書館功能的實現一般與本地高新技術企業和相關協會建立合作共贏方式，創客者以及社會團體組織參與，從而實現創客空間的內在價值，在互惠互利的基礎上，創客空間通過募捐、贊助等各種方式，在技術、資金、設備層面可以給予圖書館支持，保證創客空間順利實施和可持續發展。

4 結束語

綜上所述，基于創客空間的高校圖書館服務體系的構建能夠豐富圖書館服務的功能及內容，促進圖書館的轉型升級，而且對滿足讀者的服務需求具有十分重要的意義。因此，高校圖書館要積極轉變服務理念，結合圖書館自身的實際情況，合理建設創客空間，完善相關服務體系，從而滿足讀者的服務需求，促進高校圖書館的可持續發展。

參考文獻

[1]閻志華.基于創客空間的高校圖書館服務創新策略[J].農業網絡信息，2016（09）.

[2]金淑娟，蔣合領.創新驅動的圖書館創客空間生態系統研究[J].圖書館工作與研究，2016（04）.

〔編輯：張思楠〕