专利名称：基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于农业信息检测技术领域，特别涉及一种基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法及装置。
背景技术：
现有的雨水传感器技术大致分为三种形式电阻式、电容式和光电式。 电阻式雨水传感器的基本原理是检测一个接入电桥的电极板的电阻阻值的变化。 此传感器在使用之前需要将电桥调至平衡，当没有雨水接触到电极板时，电桥平衡，无信号输出；当有雨水接触电极板时，就会有电流流过电极板而使电极的电阻变小，电桥失衡，有信号输出，从而感知降雨开始。这种传感器结构简单，但是在检测过程中电极板上的电极必须与雨水接触才能正确感知降雨的发生，但是因为雨水不同于纯净水，其化学成分复杂，而且随着我国工业化进程的不断推进，环境污染也日趋严重，许多地区的降雨都为酸雨。传感器在长期户外使用过程中，电极极有可能被雨水腐蚀，而使得整个传感器失效。电容式雨水传感器同样要使用电极板，其基本原理是检测电极间的电容容量的变化。当有雨水接触电极时，电极的电容量变小。通过电极间电容量的变化感知是否发生降雨。与电阻式雨水传感器的电极必须接触雨水不同，电容式雨水传感器可以在电极板上覆盖一层保护膜。只要传感器的电极之间存在雨水就能感知，完全不必直接接触雨水，这样电极就可以受到保护，不受雨水的腐蚀作用。但是电阻式雨水传感器和电容式雨水传感器有一个共有的缺点就是无法及时感知降雨过程的结束。因为，这两种传感器常用电极板感知雨水，雨水能够快速寝湿电极板， 但随着降雨过程的结束，电极板上雨水蒸发则需要相当长的时间。换言之，在电极板被完全晾干前，这两种传感器是无法恢复到正常工作状态的。光电式雨水传感器常采用雨水改变光的折射角的原理工作。光电式雨水传感器一般含有光发射模块和光接收模块。当光发射模块和光接收模块之间存在雨水时，光信号被雨水折射，而使得接收模块接收的光信号变弱甚至中断。由于光电式雨水传感器利用光波作为检测手段，因此，其灵敏度和可靠性一般比前两种传感器高。常见的光电式雨水传感器多用于汽车的雨刮系统。当有雨水落在挡风玻璃上，光电式雨水传感器感知雨水，控制雨刮器刮去雨水，从而使得传感器回复正常工作状态。因此，车用光电式雨水传感器需要雨刮器的配合才能正常工作，系统比较复杂，不适合农业对雨水信息的检测。因此，需要提供一种既能够准确检测到雨水起始和结束又比较容易实现且成本低廉的雨水检测方法和装置。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法，该方法能有效解决农业技术领域对降雨过程的开始和结束进行实时感知的需求，且结构简单、成本低廉。本发明还提供了实现上述方法的装置。
本发明的目的通过以下的技术方案实现基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法，用受数字电路控制的红外光发射器和接收器检测集雨器下侧导流管的出水口是否有雨水流出，如果有雨水流出，则红外光发射器和接收器之间的光通信信号会因为雨水对红外光波的折射和反射而产生码间串扰，造成红外光接收器一端误码，如果没有雨水流出， 则红外光发射器和接收器之间的光通信信号相同，根据对发射和接收到的数据进行比对来判断当前状态是刚开始下雨、正在下雨、刚停止下雨或没有下雨。具体包括以下步骤 (1)在未降雨时开启系统，将降雨开始标志位Fr_start置零；(2)根据数字电路中储存的数据码，数字电路随机地选出一组Dt并通过光发射器数字接口传至红外光发射器，红外光发射器将该组数据码Dt向红外光接收器发送，然后红外光接收器通过光接收器数字接口将其接收到的数据Dr传至数字电路；(3)数字电路将发射出去的数据码Dt和接收回来的数据码Dr进行比对，判断Dt 是否等于Dr，如果二者相等，再判断Fr_start是否为0，Fr_start为0则说明没有下雨， 转入步骤(2)；如果Fr_start不为0则说明降雨结束，将降雨结束的时间进行标记，将Fr_ start置为0，转入步骤(2)；如果Dt不等于Dr，再判断Fr_start是否为0，Fr_start为0 则说明开始下雨，将Fr_start置为1，并将开始下雨时间进行标记，转入步骤(2)；如果Fr_ start不为0则说明下雨尚未结束，转入步骤(2)。所述步骤(2)中，数字电路中储存的数据码需事先通过以下的步骤确定(2-1)确定要发送数据码的长度L，L e N，则数据码的格式为Bj = [I^b2L bJ， I3i e {0,1}, i = 1，2，1^丄，8^指数据码第」种排列；数据码长度为L时，数据码的排列的总数为力；(2-2)将每个数据码[嚇bj中的“0”用-1表示；“1”用+1表示，写作变换码 Cj = [C1C2L cL] ,Ci e {-1，+1}，i = 1，2，L，L，Cj指变换码第j种排列；变换码的排列的总数为力；(2-3)对变换码Cj所有的f个可能的排列计算其码字和Sj,计算公式如下
权利要求
1.基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法，其特征在于，用受数字电路控制的红外光发射器和接收器检测集雨器下侧导流管的出水口是否有雨水流出，如果有雨水流出，则红外光发射器和接收器之间的光通信信号会因为雨水对红外光波的折射和反射而产生码间串扰，造成红外光接收器一端误码，如果没有雨水流出，则红外光发射器和接收器之间的光通信信号相同，根据对发射和接收到的数据进行比对来判断当前状态是刚开始下雨、正在下雨、刚停止下雨或没有下雨。
2.根据权利要求1所述的基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤(1)在未降雨时开启系统，将降雨开始标志位Fr_start置零；(2)根据数字电路中储存的数据码，数字电路随机地选出一组Dt并通过光发射器数字接口传至红外光发射器，红外光发射器将该组数据码Dt向红外光接收器发送，然后红外光接收器通过光接收器数字接口将其接收到的数据Dr传至数字电路；(3)数字电路将发射出去的数据码Dt和接收回来的数据码Dr进行比对，判断Dt是否等于Dr，如果二者相等，再判断Fr_start是否为0，Fr_start为0则说明没有下雨，转入步骤O)；如果Fr_start不为0则说明降雨结束，将降雨结束的时间进行标记，将Fr_start置为0，转入步骤O)；如果Dt不等于Dr，再判断Fr_start是否为0，Fr_start为0则说明开始下雨，将Fr_start置为1，并将开始下雨时间进行标记，转入步骤O)；如果Fr_start不为0则说明下雨尚未结束，转入步骤O)。
3.根据权利要求2所述的基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法，其特征在于，所述步骤O)中，数字电路中储存的数据码需事先通过以下的步骤确定(2-1)确定要发送数据码的长度L，L e N，则数据码的格式为Bj = Lb1^L bj,^ e {0， 1}，i = 1，2，L，L，Bj指数据码第j种排列；数据码长度为L时，数据码的排列的总数为浐；(2-2)将每个数据码[b^L bL]中的“0”用-1表示；“1”用+1表示，写作变换码Cj = [C1C2L cL], Ci e {-1，+1}，i = 1,2, L, L, Cj指变换码第j种排列；变换码的排列的总数为 2L；(2-3)对变换码q所有的f个可能的排列计算其码字和I，计算公式如下LSj = YjChj, j = 1，2，L，2l，L e Ni=\其中，下标j表示变换码[C1C2L cL]的第j种排列；Cy表示上述变换码第j种排列中的第i个码&表示上述变换码第j种排列的码字和；得到的h的值的区间为[-L，L]；(2-4)提取出使。的绝对值为最小的变换码的各个排列，然后将其索引值写入备选码索引值集合J中，具体表达式如下J = [J1J27L ,^} = argmin{|^|,|^2|,L1 ^ m, j ^ 2L，m，j e N其中运算符|g|表示求绝对值；(2-5)将备选码索引值集合J存储在数字电路的存储器中，在进行检测时，从集合J中任选一个元素k，取与之对应的数据码 作为红外光通信的数据码发射至红外光接收器，具体表达式如下Bk ^[Bji,Bj2^e (J1, J2, L, Jj其中， 为红外光通信使用的数据码。
4.根据权利要求3所述的基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法，其特征在于，所述步骤中，所选择的数据码的长度L ≥5。
5.一种实现权利要求1所述方法的红外光电式雨水检测装置，包括集雨器、导流管，其特征在于，还包括红外光收发装置和数字电路，所述集雨器和导流管相连，导流管垂直安装于集雨器的下侧，红外光收发装置设置于导流管出口处，通过数字接口与数字电路相连。
6.根据权利要求5所述的基于误码检测机制的红外光电式雨水检测装置，其特征在于，所述红外光收发装置由一对红外光发射器和接收器组成，红外光发射器和红外光接收器放置于导流管出口的下侧，且红外光发射器和红外光接收器之间的光通信通道与导流管雨滴滴下的方向相交，二者之间传递已调制红外光波信号，红外光发射器通过光发射器数字接口与数字电路连接，红外光接收器通过光接收器数字接口与数字电路连接。
7.根据权利要求5所述的基于误码检测机制的红外光电式雨水检测装置，其特征在于，所述数字电路上还包括对外输出单元，用于对外显示降雨持续时间、当前降雨状态。
全文摘要
本发明公开了一种基于误码检测机制的红外光电式雨水检测方法和装置，该方法是用受数字电路控制的红外光发射器和接收器检测导流管的出水口是否有雨水流出，如果有雨水流出，则红外光发射器和接收器之间的光通信信号会产生码间串扰，造成红外光接收器一端误码，如果没有雨水流出，则红外光发射器和接收器之间的光通信信号相同，根据对发射和接收到的数据进行比对来判断当前下雨状态。该装置包括集雨器、导流管、红外光收发装置和数字电路，红外光收发装置设置于导流管出口处，通过数字接口与数字电路相连。本发明能实时检测降雨过程的开始和结束，且相较于现有技术灵敏度更高，检测性能更加可靠，且结构简单，易于在农业信息检测领域进行推广。
文档编号G01W1/00GK102156306SQ20111005561
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者宋淑然, 岳学军, 徐兴, 朱余清, 杨洲, 洪添胜, 苏建, 蔡坤 申请人:华南农业大学