專(zhuān)利名稱(chēng)：基于超聲波傳感器的自動(dòng)測(cè)雪深裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣象觀測(cè)領(lǐng)域，特別是一種能夠自動(dòng)測(cè)雪深的裝置。
背景技術(shù)：
積雪深度是氣象探測(cè)當(dāng)中的一個(gè)重要的觀測(cè)數(shù)據(jù)，雪深測(cè)量的是積雪表面到達(dá)地面的垂直距離。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是采用普通的量尺插在觀測(cè)地點(diǎn)，通過(guò)人工進(jìn)行觀測(cè)雪面掩埋的刻度線，通常是以厘米為單位。傳統(tǒng)的這種觀測(cè)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，隨機(jī)誤差大，惡劣天氣時(shí)操作難度大，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。也有采用圖像識(shí)別的方法，通過(guò)攝像頭代替人工采集量雪尺的圖像，然后通過(guò)圖像識(shí)別軟件計(jì)算深色的量雪尺和白雪的關(guān)系，得出雪的深度。這種方法雖然能夠?qū)崟r(shí)的得到雪深數(shù)據(jù)，但是，在大雪或能見(jiàn)度低的情況下，圖像采集的誤差很大，而且圖像數(shù)據(jù)占用存儲(chǔ)空間大，計(jì)算機(jī)的計(jì)算效率也低。
發(fā)明內(nèi)容為了解決當(dāng)前的人工觀測(cè)雪深方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、誤差大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)的問(wèn)題， 本實(shí)用新型提供一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量雪深的裝置，能夠?qū)崟r(shí)、高精度的獲得測(cè)量數(shù)據(jù)， 而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是基于超聲波傳感器的自動(dòng)測(cè)雪深裝置，其特征在于該裝置包括超聲波測(cè)距傳感器、支架、地面參考板、數(shù)據(jù)處理單元、通訊單元、自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)，所述超聲波測(cè)距傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元采集和處理，并經(jīng)通訊單元輸入自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)；所述超聲波測(cè)距傳感器安裝在支架上，支架固定在地面上，地面參考板水平安裝在地面上，超聲波測(cè)距傳感器的軸線垂直于地面參考板并與其相對(duì)設(shè)置。所述支架設(shè)有一橫臂，超聲波傳感器安裝在該橫臂上。當(dāng)超聲波測(cè)距傳感器測(cè)得雪面到超聲波探頭的距離后，用超聲波探頭到地面參考板的初始距離減去雪面到超聲波探頭的距離得到雪深。然后通過(guò)通訊單元將雪深的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)。超聲波信號(hào)每隔5秒鐘發(fā)射一次，每分鐘得到12 個(gè)數(shù)據(jù)，去掉奇異值，然后剩余數(shù)據(jù)作算術(shù)平均得到當(dāng)前分鐘的數(shù)據(jù)。同時(shí)，由溫度傳感器測(cè)得當(dāng)前的環(huán)境溫度，讀入單片機(jī)，然后經(jīng)其處理后的數(shù)據(jù)，將隨著狀態(tài)等參數(shù)一起發(fā)出。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)雪深的自動(dòng)化測(cè)量，代替了費(fèi)時(shí)費(fèi)力的人工測(cè)量雪深的方法，獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)、高精度的特點(diǎn)，而且該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本實(shí)用新型的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的工作原理流程圖。[0013]圖3是超聲測(cè)雪深工作原理示意圖。圖1中，1.底座，2.支架，3.數(shù)據(jù)處理及通訊單元，4.橫臂，5.超聲波測(cè)距傳感器，6.地面參考板，7.自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
在圖1中，超聲波傳感器(5)安裝在橫臂(4)上，數(shù)據(jù)處理及通訊單元(3)安裝在支架(2)上，地面參考板(6)水平安裝并與地面平齊，超聲波測(cè)距傳感器(5)的軸線垂直于地面參考板(6)。自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)(7)與控制及通訊單元(單片機(jī))(3)相連。在圖2中，超聲波測(cè)距傳感器(5)測(cè)得參考板(6)上的雪面的距離信息后，發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元(采用單片機(jī)msp430)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理單元換算成雪的深度，再將相關(guān)信息通過(guò)通訊單元(采用RS-232接口)發(fā)送給自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)(7)。在圖3中，超聲測(cè)雪深工作原理是，當(dāng)單片機(jī)復(fù)位后，產(chǎn)生1個(gè)控制信號(hào)，按照一定的時(shí)序輸出40kHz的超聲波信號(hào)，經(jīng)整形放大后，加到超聲波換能器發(fā)射出頻率為40kHz的超聲波。同時(shí)，單片機(jī)的計(jì)時(shí)器打開(kāi)。當(dāng)超聲波遇到雪面后反射回波信號(hào)，回波信號(hào)被超聲波接收探頭接收，經(jīng)過(guò)放大、濾波、整形后輸送到單片機(jī)中，同時(shí)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。然后，通過(guò)數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算出雪的深度。雪深d的計(jì)算公式為，d=H-h=H_c*t/2其中，H是超聲波測(cè)距傳感器(5)的探頭到參考板(6)的垂直距離。h是超聲波測(cè)距傳感器(5)的探頭與雪面之間的距離，c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度(m/s)，t為從發(fā)射到接收超聲波所花費(fèi)的時(shí)間。由于超聲波在空氣中的傳播速度與溫度有關(guān)，必須考慮溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。空氣中的聲速C與溫度T rc)的關(guān)系可以表示為c ^ 331. 45+0. 607T。
權(quán)利要求1.基于超聲波傳感器的自動(dòng)測(cè)雪深裝置，其特征在于該裝置包括超聲波測(cè)距傳感器、支架、地面參考板、數(shù)據(jù)處理單元、通訊單元、自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)，所述超聲波測(cè)距傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元采集和處理，并經(jīng)通訊單元輸入自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)；所述超聲波測(cè)距傳感器安裝在支架上，支架固定在地面上，地面參考板水平安裝在地面上，超聲波測(cè)距傳感器的軸線垂直于地面參考板并與其相對(duì)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波傳感器的自動(dòng)測(cè)雪深裝置，其特征在于所述支架設(shè)有一橫臂，超聲波傳感器安裝在該橫臂上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型為了解決當(dāng)前的人工觀測(cè)雪深方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、誤差大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量雪深的裝置，能夠?qū)崟r(shí)、高精度的獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。該基于超聲波傳感器的自動(dòng)測(cè)雪深裝置包括超聲波測(cè)距傳感器、支架、地面參考板、數(shù)據(jù)處理單元、通訊單元、自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)，所述超聲波測(cè)距傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元采集和處理，并經(jīng)通訊單元輸入自動(dòng)氣象站或終端計(jì)算機(jī)；所述超聲波測(cè)距傳感器安裝在支架上，支架固定在地面上，地面參考板水平安裝，超聲波測(cè)距傳感器的發(fā)射及接收端與地面參考板相對(duì)設(shè)置。
文檔編號(hào)G01B17/02GK202141441SQ201120227999
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者劉云平, 莊偉 , 顧和軍 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)