雨量监测仪设计与开发

蓝必铁

摘 要：山洪灾害的根源就是下雨，尤其是南方地区，全年雨量累计值非常大。所以实时监测每个地方的雨量，是山洪灾害预警不可缺少的手段。笔者在2016年有幸参加了梧州市水利局山洪预警系统的开发与维护工作，根据本系统设计要求独自开发了一套雨量监测仪。该套雨量监测仪通过翻斗式雨量传感器采集雨量信号，然后再通过单片机进行信号处理，最后通过GPRSDTU无线发射器将数据上传到远程服务器，从而实现了雨量实时监测系统的建设。

关键词：雨量监测仪；传感器；无线发射器；远程服务器

中图分类号：TP274 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.120

我国南方地区常年雨量比较大，由此引发的山洪灾害时有发生，所以山洪灾害预警刻不容缓。随着社会的发展和科技的不断创新，国家也非常重视山洪灾害问题，在很多地区都组建了山洪预警系统。我们梧州市当然也不落后，在梧州市水利局也同样组建了山洪预警系统。本套系统主要是由远程服务器和雨量监测仪2大部分组成。本文笔者着重介绍雨量监测仪的设计与开发。

1 关键词解析

1.1 翻斗式雨量传感器

翻斗式雨量传感器主要由承雨器、翻斗部件组成，承雨器用于承接、采集降雨，翻斗部件的核心是翻斗，起计量作用。其中，测量斗一般有0.5 mm分辨精度和0.2 mm分辨精度2种类型。0.5 mm分辨精度一般用于平均年降雨量在800 mm以上的地区；相反，如果低于800 mm，就用0.2 mm精度。工作时，降雨落入承雨器后汇集流入翻斗部件中，随着雨水不断地流入翻斗部件中，当测量斗满时，由于翻斗自重、翻斗内水的质量，翻斗部件不断下沉。当翻斗下沉到一定位置时，翻斗状态发生突变，翻斗翻转并对外产生一个通断信号，从而得到一次计量信号。翻斗翻转后，测量斗中的水被倒出，由于翻斗重心发生移位，翻斗重新复位到原来位置。这样周而复始地工作。

1.2 GPRSDTU无线发射器

GPRSDTU无线发射器是一种无线数据传输模块，其内部通过SIM卡组建无线网络，并且该模块还可以通过RS232对外进行数据交换通信。我们只要通过RS232接口对它进行参数设置，就可以进行数据无线传输了。

2 系统总体设计

本系统设计提出一种基于Atmega64/128系列单片机的雨量监测系统。该系统由数据采集模块、温度采集模块、数据处理模块、数据无线传输模块、网络服务器接收数据处理模块等组成。

雨量监测仪先通过翻斗式雨量传感器采集雨量脉冲信号，通过单片机对脉冲信号个数累计处理并计算得出结果，而且单片机还通过串口0对GY-39模块进行温度采集。为了更好地监控硬件电池运行状态，本系统还对电池电压进行采集。当所有数据都采集完毕后，单片机按照通信协议格式对采集来的数据进行打包整理，最后单片机通过串口1向GPRSDTU模块进行数据传输并向远程服务器发送数据。

3 硬件设计说明

本雨量监测仪主要用到如下硬件部件：①翻斗式雨量传感器。此传感器主要采集雨量脉冲信号。②Atmega64/128系列单片。此单片作为核心纽带，起着信号接收、数据发送、数据处理、通讯协议解码等核心作用。③GY-39模块。此模块内部集成了温度、湿度、气压、海拔高度测量功能，我们只要通过串口与其通信，就可以采集到相关数据信息。④太阳能电池板、12 V电池。这2种部件主要为系统提供必要的电力能源。⑤GPRSDTU模块。此模块主要通过SIM卡来组建网络并发送与接收网络数据。这里，我们使用了有人公司提供的USR-GPRS-730系列无线数据传输模块。⑥DS1302芯片。此芯片为系统提供精准的时间来源。电池电压采集功能是通过3个4 K电阻对12 V电池进行分压取样，并引入到单片机AD转换引脚上进行采样及AD转换。

4 软件设计

本系统开发语言主要是C、C#2种，C语言主要对单片机进行底层软件开发，C#语言主要用于对窗口设置软件进行开发。目前，本套系统的上位机浏览系统采用四创研发的山洪预警系统，所以雨量监测仪的核心部分就是与山洪预警系统通信，同时还与GY-39模块进行通信采集温度数据。下面我们对这2种通信协议进行分析说明。

4.1 四创采集通信协议分析

本协议的字符串以“<”打头，并以“>”结束，中间用“，”将数据段隔开。在这里，我们分析一条单片机向服务器传送数据的命令字符串，例如：

F0：采集数据命令之意。

808D2211：站点编号。

BT1371：BT是系统电压标示；1371对应13.71 V，一共由4个字符组成，13是十位与个位，71是小数点后两位。

TP0201：TP是温度标示；0201一共4个字符，表示20.1 ℃，020表示温度百、十、个位温度，1表示小数点后面的数据。

RN6850：RN是雨量累计标示，6850是雨量累计数值。

4.2 GY-39通信协议分析（分2类）

模块输出指令格式（16进制）：

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

5a：帧开头。

5a：帧开头。

45：命令字节（比如0×45是温度、湿度、气压、海拔命令）。

0a：数据量（10个数据量，0b～9c）。

而引起受众群体的兴趣、关注和积极参与，实现开展新型服务的基础氛围。

3.2 充分利用现有资源，挖掘潜力

高校共图书馆目前主要为学生提供读书、聆听讲座和学术交流等功能，公共区域大部分闲置率比较高。可以充分利用现有图书馆内较为宽敞和适合改造的公共区域作为创客空间，整体完成创客空间的规划筹建工作。硬件的建设可以以数字媒体空间为起点，逐渐建设高级空间的创意体验空间，最终建成创客空间。在硬件选购上不断完善和补充，可以采取逐步购进和不断更新方式。前期建设技术设备，比如建模软件、开源的程序代码、应用软件资源和计算机硬件等，随着创客群体的不断扩大和受众群体的增加，逐步建设相应的配套设备，比如3D打印机等，同时，必须制订完善的规章制度，建立专家智能库，招聘技术人员和招募志愿者，为创客空间运行时提供人员保障。

3.3 与企业合作共赢

图书馆功能的实现一般与本地高新技术企业和相关协会建立合作共赢方式，创客者以及社会团体组织参与，从而实现创客空间的内在价值，在互惠互利的基础上，创客空间通过募捐、赞助等各种方式，在技术、资金、设备层面可以给予图书馆支持，保证创客空间顺利实施和可持续发展。

4 結束语

综上所述，基于创客空间的高校图书馆服务体系的构建能够丰富图书馆服务的功能及内容，促进图书馆的转型升级，而且对满足读者的服务需求具有十分重要的意义。因此，高校图书馆要积极转变服务理念，结合图书馆自身的实际情况，合理建设创客空间，完善相关服务体系，从而满足读者的服务需求，促进高校图书馆的可持续发展。

参考文献

[1]阎志华.基于创客空间的高校图书馆服务创新策略[J].农业网络信息，2016（09）.

[2]金淑娟，蒋合领.创新驱动的图书馆创客空间生态系统研究[J].图书馆工作与研究，2016（04）.

〔编辑：张思楠〕