一種基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng),其特征在于,該系統(tǒng)包括無線檢測平臺、雨量監(jiān)測裝置、其他環(huán)境傳感器以及網(wǎng)絡匯聚接點和降雨數(shù)據(jù)庫,所述無線檢測平臺包括微控制器單元(MCU)、閃存單元、射頻芯片、供能單元和一組擴展接口,所述的擴展接口和雨量監(jiān)測裝置和其他環(huán)境傳感器連接組成一個無線傳感器節(jié)點,射頻芯片通過無線通道和網(wǎng)絡匯聚接點相連,網(wǎng)絡匯聚接點與降雨數(shù)據(jù)庫相連。
【專利說明】
一種基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于生態(tài)、環(huán)境因子采集技術領域,涉及一種基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的降雨量觀測設備與方法無法實現(xiàn)實時大尺度的降雨量監(jiān)測。一方面大多數(shù)常用的降雨量觀測設備像降雨桶通常僅能反映本地小范圍的降雨量,嚴格意義上來說,某個設備的輸出僅能代表該測量點所在位置的降雨量。另一方面,降雨量數(shù)據(jù)常常暫時存儲在監(jiān)測設備中,在降雨停止前無法獲取,這就表明只能線下而非在線分析。對于小存儲容量的設備而言,因長時間的降雨導致數(shù)據(jù)溢出的情況很容易發(fā)生,早期采集到的數(shù)據(jù)只能被擦除來存儲后續(xù)的數(shù)據(jù)??偟目磥?,現(xiàn)有的降雨量觀測方法難以有效的捕獲時空變化的降雨量數(shù)據(jù)。
[0003]現(xiàn)有降雨量觀測方法的還有一個顯著弊端在于缺乏一個統(tǒng)一的時間線來為多個不同的設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)加上統(tǒng)一的時間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括無線檢測平臺、雨量監(jiān)測裝置、其他環(huán)境傳感器以及網(wǎng)絡匯聚接點和降雨數(shù)據(jù)庫,所述無線檢測平臺包括微控制器單元(MCU)、閃存單元、射頻芯片、供能單元和一組擴展接口,所述的擴展接口和雨量監(jiān)測裝置和其他環(huán)境傳感器連接組成一個無線傳感器節(jié)點,射頻芯片通過無線通道和網(wǎng)絡匯聚接點相連,網(wǎng)絡匯聚接點與降雨數(shù)據(jù)庫相連。
[0005]所述實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng)多點布設,通過自組織無線通信協(xié)議組成一個無線傳感網(wǎng),通過可以自動完成多點系統(tǒng)時鐘同步的協(xié)議,來保證用戶可以獲取到具有統(tǒng)一時鐘刻度的雨量數(shù)據(jù)集。
[0006]所述雨量監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了基于單片機中斷觸發(fā)的雨量數(shù)據(jù)的自動采集,所述雨量監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了雨量數(shù)據(jù)的無線化實時傳輸及時鐘同步。
[0007]使用傳統(tǒng)的翻斗式雨量筒作為雨量感知信號源,使用具有無線通信功能的傳感器節(jié)點作為信號的采集和傳輸平臺;然后,把在多點布設的雨量采集系統(tǒng),通過自組織無線通信協(xié)議組成一個無線傳感網(wǎng),提出一個可以自動完成多點系統(tǒng)時鐘同步的協(xié)議,來保證用戶可以獲取到具有統(tǒng)一時鐘刻度的雨量數(shù)據(jù)集。
[0008]本發(fā)明的有益效果是可以方便地集成和擴展現(xiàn)有的水文地理學相關的傳感器系統(tǒng)。相關領域專家可以根據(jù)具體的時間同步精度需求和服務時間需求,在初始化部署時進行配置,從而更好地獲得相應的傳感器數(shù)據(jù)。本發(fā)明能為相關人員提供更有力的觀測數(shù)據(jù)來幫助其建立強健的模型、做出更加精確的專業(yè)分析。此外,本發(fā)明在時鐘同步方面的設計理念可以用在許多其他環(huán)境變量傳感應用場景中應用。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)架構圖。
圖2為本發(fā)明雨量監(jiān)測裝置連接結構圖
【具體實施方式】
[0011 ]下面結合實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0012]實施例1
[0013]—種基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括無線檢測平臺3、雨量監(jiān)測裝置1、其他環(huán)境傳感器2以及網(wǎng)絡匯聚接點11和降雨數(shù)據(jù)庫12,所述無線檢測平臺3包括微控制器單元(M⑶)、閃存單元、5射頻芯片8、電池單元4和一組擴展接口 7,所述的擴展接口 7和雨量監(jiān)測裝置I和其他環(huán)境傳感器2連接組成一個無線傳感器節(jié)點,射頻芯片8通過無線通道和網(wǎng)絡匯聚接點11相連,網(wǎng)絡匯聚接點與降雨數(shù)據(jù)庫12相連。
[0014]所述實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng)多點布設,通過自組織無線通信協(xié)議組成一個無線傳感網(wǎng),通過可以自動完成多點系統(tǒng)時鐘同步的協(xié)議,來保證用戶可以獲取到具有統(tǒng)一時鐘刻度的雨量數(shù)據(jù)集。
[0015]所述雨量監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了基于單片機中斷觸發(fā)的雨量數(shù)據(jù)的自動采集,所述雨量監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了雨量數(shù)據(jù)的無線化實時傳輸及時鐘同步。
[0016]所述雨量監(jiān)測裝置為翻斗式雨量筒。
[0017]所述無線傳感器平臺為Telosb節(jié)點。
[0018]傳統(tǒng)的翻斗式雨量筒和Telosb傳感器節(jié)點之間的連接,兩者組成一個無線傳感器節(jié)點。雨量桶翻斗產(chǎn)生的中斷由Telosb記錄和處理。雨量桶直接和Telosb的兩個接口相連,分別是用戶中斷接口和模擬地接口。有些商用的降雨量探測設備可能會輸出模擬信號而不是中斷,即使在這種情況下,本文提出的RealRain的改動量是最小的,因為所有的MCU包括Telosb都支持從模擬信號到數(shù)字信號讀取的快速轉換。
[0019]本發(fā)明通過降雨事件驅動,當有降雨時設備工作,否則設備就保持休眠。無線傳感器網(wǎng)絡平臺包括五個硬件單元:微控制器單元(MCU)、閃存單元、射頻芯片、供能單元和一組擴展接口,用來連接不同外接傳感器或存儲設備。這些單元保證了采樣、計算、通信等任務通過本地邏輯控制可以在同一個板子上運行。
[0020]本發(fā)明使用翻斗式雨量桶(原型系統(tǒng)中使用的是Η0Β0,型號為RG3-M),作為探測降雨信號的接口。翻斗式雨量桶作為標準的降雨強度測量設備被在相關領域廣泛使用。翻斗由兩個相同的小槽組成,當一側的槽被雨水灌滿時,斗就翻轉一次,由另一側的小槽繼續(xù)接雨水,如此往復。由于小槽的容量已知,那么計量降雨量就只需計量翻斗翻轉次數(shù)即可。另夕卜,翻斗每翻轉一次就會在閉環(huán)電路中產(chǎn)生一個電壓跳變(中斷),從而降雨量的計量就可以由統(tǒng)計中斷次數(shù)計算出。
[0021]本發(fā)明采用Telosb節(jié)點作為無線傳感器平臺來觀測雨量桶和其它輔助監(jiān)測周邊環(huán)境傳感器的輸出,選用TinyOS操作系統(tǒng)作為本系統(tǒng)的軟件層進行功能的開發(fā)。
【主權項】
1.一種基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng),其特征在于,該系統(tǒng)包括無線檢測平臺、雨量監(jiān)測裝置、其他環(huán)境傳感器以及網(wǎng)絡匯聚接點和降雨數(shù)據(jù)庫,所述無線檢測平臺包括微控制器單元(MCU)、閃存單元、射頻芯片、供能單元和一組擴展接口,所述的擴展接口和雨量監(jiān)測裝置和其他環(huán)境傳感器連接組成一個無線傳感器節(jié)點,射頻芯片通過無線通道和網(wǎng)絡匯聚接點相連,網(wǎng)絡匯聚接點與降雨數(shù)據(jù)庫相連。2.如權利要求1所述的基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng),其特征在于:所述實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng)多點布設,通過自組織無線通信協(xié)議組成一個無線傳感網(wǎng),通過可以自動完成多點系統(tǒng)時鐘同步的協(xié)議,來保證用戶可以獲取到具有統(tǒng)一時鐘刻度的雨量數(shù)據(jù)集。3.如權利要求1所述的基于翻斗式雨量筒的實時降雨測量傳感網(wǎng)系統(tǒng),其特征在于:所述雨量監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了基于單片機中斷觸發(fā)的雨量數(shù)據(jù)的自動采集,所述雨量監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了雨量數(shù)據(jù)的無線化實時傳輸及時鐘同步。
【文檔編號】G01W1/14GK105929467SQ201610244267
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】孫國棟, 胡濤
【申請人】北京林業(yè)大學