一种基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统的制作方法
【专利摘要】一种基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统，其特征在于，该系统包括无线检测平台、雨量监测装置、其他环境传感器以及网络汇聚接点和降雨数据库，所述无线检测平台包括微控制器单元(MCU)、闪存单元、射频芯片、供能单元和一组扩展接口，所述的扩展接口和雨量监测装置和其他环境传感器连接组成一个无线传感器节点，射频芯片通过无线通道和网络汇聚接点相连，网络汇聚接点与降雨数据库相连。
【专利说明】
一种基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统
技术领域
[0001]本发明属于生态、环境因子采集技术领域，涉及一种基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统。
【背景技术】
[0002]现有的降雨量观测设备与方法无法实现实时大尺度的降雨量监测。一方面大多数常用的降雨量观测设备像降雨桶通常仅能反映本地小范围的降雨量，严格意义上来说，某个设备的输出仅能代表该测量点所在位置的降雨量。另一方面，降雨量数据常常暂时存储在监测设备中，在降雨停止前无法获取，这就表明只能线下而非在线分析。对于小存储容量的设备而言，因长时间的降雨导致数据溢出的情况很容易发生，早期采集到的数据只能被擦除来存储后续的数据。总的看来，现有的降雨量观测方法难以有效的捕获时空变化的降雨量数据。
[0003]现有降雨量观测方法的还有一个显著弊端在于缺乏一个统一的时间线来为多个不同的设备产生的数据加上统一的时间。
【发明内容】
[0004]本发明所采用的技术方案是:一种基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统，该系统包括无线检测平台、雨量监测装置、其他环境传感器以及网络汇聚接点和降雨数据库，所述无线检测平台包括微控制器单元(MCU)、闪存单元、射频芯片、供能单元和一组扩展接口，所述的扩展接口和雨量监测装置和其他环境传感器连接组成一个无线传感器节点，射频芯片通过无线通道和网络汇聚接点相连，网络汇聚接点与降雨数据库相连。
[0005]所述实时降雨测量传感网系统多点布设，通过自组织无线通信协议组成一个无线传感网，通过可以自动完成多点系统时钟同步的协议，来保证用户可以获取到具有统一时钟刻度的雨量数据集。
[0006]所述雨量监测系统实现了基于单片机中断触发的雨量数据的自动采集，所述雨量监测系统实现了雨量数据的无线化实时传输及时钟同步。
[0007]使用传统的翻斗式雨量筒作为雨量感知信号源，使用具有无线通信功能的传感器节点作为信号的采集和传输平台；然后，把在多点布设的雨量采集系统，通过自组织无线通信协议组成一个无线传感网，提出一个可以自动完成多点系统时钟同步的协议，来保证用户可以获取到具有统一时钟刻度的雨量数据集。
[0008]本发明的有益效果是可以方便地集成和扩展现有的水文地理学相关的传感器系统。相关领域专家可以根据具体的时间同步精度需求和服务时间需求，在初始化部署时进行配置，从而更好地获得相应的传感器数据。本发明能为相关人员提供更有力的观测数据来帮助其建立强健的模型、做出更加精确的专业分析。此外，本发明在时钟同步方面的设计理念可以用在许多其他环境变量传感应用场景中应用。
【附图说明】
[0009]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1为本发明系统架构图。
图2为本发明雨量监测装置连接结构图
【具体实施方式】
[0011 ]下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
[0012]实施例1
[0013]—种基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统，该系统包括无线检测平台3、雨量监测装置1、其他环境传感器2以及网络汇聚接点11和降雨数据库12，所述无线检测平台3包括微控制器单元(M⑶)、闪存单元、5射频芯片8、电池单元4和一组扩展接口 7，所述的扩展接口 7和雨量监测装置I和其他环境传感器2连接组成一个无线传感器节点，射频芯片8通过无线通道和网络汇聚接点11相连，网络汇聚接点与降雨数据库12相连。
[0014]所述实时降雨测量传感网系统多点布设，通过自组织无线通信协议组成一个无线传感网，通过可以自动完成多点系统时钟同步的协议，来保证用户可以获取到具有统一时钟刻度的雨量数据集。
[0015]所述雨量监测系统实现了基于单片机中断触发的雨量数据的自动采集，所述雨量监测系统实现了雨量数据的无线化实时传输及时钟同步。
[0016]所述雨量监测装置为翻斗式雨量筒。
[0017]所述无线传感器平台为Telosb节点。
[0018]传统的翻斗式雨量筒和Telosb传感器节点之间的连接，两者组成一个无线传感器节点。雨量桶翻斗产生的中断由Telosb记录和处理。雨量桶直接和Telosb的两个接口相连，分别是用户中断接口和模拟地接口。有些商用的降雨量探测设备可能会输出模拟信号而不是中断，即使在这种情况下，本文提出的RealRain的改动量是最小的，因为所有的MCU包括Telosb都支持从模拟信号到数字信号读取的快速转换。
[0019]本发明通过降雨事件驱动，当有降雨时设备工作，否则设备就保持休眠。无线传感器网络平台包括五个硬件单元:微控制器单元(MCU)、闪存单元、射频芯片、供能单元和一组扩展接口，用来连接不同外接传感器或存储设备。这些单元保证了采样、计算、通信等任务通过本地逻辑控制可以在同一个板子上运行。
[0020]本发明使用翻斗式雨量桶(原型系统中使用的是Η0Β0，型号为RG3-M)，作为探测降雨信号的接口。翻斗式雨量桶作为标准的降雨强度测量设备被在相关领域广泛使用。翻斗由两个相同的小槽组成，当一侧的槽被雨水灌满时，斗就翻转一次，由另一侧的小槽继续接雨水，如此往复。由于小槽的容量已知，那么计量降雨量就只需计量翻斗翻转次数即可。另夕卜，翻斗每翻转一次就会在闭环电路中产生一个电压跳变(中断)，从而降雨量的计量就可以由统计中断次数计算出。
[0021]本发明采用Telosb节点作为无线传感器平台来观测雨量桶和其它辅助监测周边环境传感器的输出，选用TinyOS操作系统作为本系统的软件层进行功能的开发。
【主权项】
1.一种基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统，其特征在于，该系统包括无线检测平台、雨量监测装置、其他环境传感器以及网络汇聚接点和降雨数据库，所述无线检测平台包括微控制器单元(MCU)、闪存单元、射频芯片、供能单元和一组扩展接口，所述的扩展接口和雨量监测装置和其他环境传感器连接组成一个无线传感器节点，射频芯片通过无线通道和网络汇聚接点相连，网络汇聚接点与降雨数据库相连。2.如权利要求1所述的基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统，其特征在于:所述实时降雨测量传感网系统多点布设，通过自组织无线通信协议组成一个无线传感网，通过可以自动完成多点系统时钟同步的协议，来保证用户可以获取到具有统一时钟刻度的雨量数据集。3.如权利要求1所述的基于翻斗式雨量筒的实时降雨测量传感网系统，其特征在于:所述雨量监测系统实现了基于单片机中断触发的雨量数据的自动采集，所述雨量监测系统实现了雨量数据的无线化实时传输及时钟同步。
【文档编号】G01W1/14GK105929467SQ201610244267
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】孙国栋, 胡涛
【申请人】北京林业大学