一種雨量的智能無線監測終端及監測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及氣象監測領域，特別涉及一種雨量的智能無線監測終端及監測方法。
【背景技術】
[0002] 降雨量是一個重要的氣候參數，對農業生產、環境保護、防洪和預防自然災害都具 有重要意義。傳統的雨量監測設備成本比較高，不利用大范圍部署；不具備自主供電、不支 持遠程數據傳輸和工作參數配置，自動化水平有待提高。
[0003] 因此，有必要提供一種新的雨量監測設備、方法來滿足人們的需求。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種雨量的智能無線監測終 端。
[0005] 本發明的另一目的在于提供一種雨量的智能無線監測方法。
[0006] 本發明的目的通過以下的技術方案實現：
[0007] -種雨量的智能無線監測終端，包括控制模塊，以及分別與控制模塊相連的雨量 測量模塊、片外數據存儲模塊、無線通信模塊、供電模塊、人機界面。
[0008] 所述的控制t旲塊為外接尚頻晶振、低頻晶振的單片機MSP430FR5869。尚頻晶振的 頻率為4MHz，低頻晶振的頻率為32768Hz;低頻晶振作為ACLK和實時時鐘RTC的時鐘源，高 頻晶振作為MCLK和SMCLK時鐘源。為了實現低功耗運行，單片機工作在Active和LPM3兩 種模式，實現對雨量的檢測、計算、存儲、無線通信和能量管理功能。
[0009] 所述的雨量測量模塊，包括干簧繼電器、雨量測量翻斗，其中干簧繼電器的永磁鐵 安裝在雨量測量翻斗上，干簧繼電器一端連接供電電路，另一端連接充放電電路，充放電電 路連接控制模塊的引腳。下雨時雨量測量翻斗運動，雨量測量翻斗帶動永磁鐵運動，從而使 干簧繼電器閉合或者斷開：當干簧繼電器閉合時，充放電電路充電，引腳電壓上升到其邏輯 高電平時，控制模塊獲得干簧繼電器閉合信號；當干簧繼電器斷開時，充放電電路放電，弓丨 腳電壓下降到其邏輯低電平時，控制模塊獲得干簧繼電器斷開信號；由此控制模塊獲得雨 量測量翻斗的工作狀態和翻斗次數，由此計算出雨量。
[0010] 所述的供電電路包括VDD電源、電阻R301，電阻R301的一端接VDD電源，另一端接 干簧繼電器；所述的充放電電路，包括電阻R302、電容C301，電阻R302、電容C301的一端并 聯接地，另一端并聯同時連接干簧繼電器、控制模塊的引腳。
[0011] 所述的片外數據存儲模塊為Flash存儲芯片SST25VF080B。Flash存儲芯片 SST25VF080B功耗低且實現1MB的數據存儲，控制模塊通過三極管S9012控制片外數據存儲 模塊工作電源的開關，只有在訪問存儲器時才上電。
[0012] 所述的無線通信電路，包括順序連接的RS232芯片SP3220E和無線通信模塊TC35。 控制模塊通過電子開關FDT434P控制無線通信電路的供電，當需要進行無線通信時，控制 模塊對無線通信模塊進行上電，無線通信模塊初始化完成之后，實現與數據中心的無線數 據發送和接收后，關閉模塊并切斷電源，無線通信方式采用對無線網絡要求最低的短消息 機制。
[0013] 所述的供電模塊，包含順序連接的太陽能電池板、鋰電池充電電路、鋰電池、LDO電 路，其中鋰電池還與無線通信電路連接，LDO電路分別與雨量測量模塊、片外數據存儲模塊、 人機界面連接。
[0014] 本發明的另一目的通過以下的技術方案實現：
[0015] 一種雨量的智能無線監測方法，包含以下順序的步驟：
[0016]S1.雨量測量翻斗在下雨時運動，安裝在雨量測量翻斗上的永磁鐵隨之運動，作為 干簧繼電器一部分的永磁鐵帶動干簧繼電器開關或閉合；
[0017] S2.當干簧繼電器閉合時，充放電電路充電，引腳電壓上升到其邏輯高電平時，控 制模塊獲得干簧繼電器閉合信號；當干簧繼電器斷開時，充放電電路放電，引腳電壓下降到 其邏輯低電平時，控制模塊獲得干簧繼電器斷開信號；由此控制模塊獲得雨量測量翻斗的 工作狀態和翻斗次數，由此計算出雨量；
[0018]S3.控制模塊生成的數據存儲在本地存儲器，并通過無線通信電路將數據發送到 數據中心；本地存儲器為單片機片內FRAM或片外Flash存儲器，當因通信故障使片上FRAM 存儲空間存滿數據后，新數據存入片外Flash存儲器中，確保數據不丟失。
[0019] 步驟S2中，所述的充放電電路，包括電阻R302、電容C301，電阻R302、電容C301的 一端并聯接地，另一端并聯同時連接干簧繼電器、控制模塊的引腳。
[0020] 所述的控制模塊為外接高頻晶振、低頻晶振的單片機MSP430FR5869。
[0021] 本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：
[0022] (1)采用太陽能發電和鋰電池儲電，不需外接電源，采用無線數據傳輸，方便野外 安裝和部署。
[0023] (2)采用本地存儲和遠程數據傳輸，本地存儲采用FRAM和Flash兩級數據存儲器 結構，同時實現低功耗和大量數據存儲。
[0024] (3)具有操作簡單的人機界面，同時數據中心也可以遠程配置雨量監測終端的工 作參數，工作參數保存在單片機內部FRAM中，充分利用了單片機的片上資源，具有很高的 性價比。
[0025] (4)采用對公用無線網絡要求低的短消息通信機制，適合各類的公用無線網絡，在 短消息協議基礎上設計了數據句子格式和通信確認機制，保證了通信的可靠性，該方法適 用面廣、運營成本低，有利于推廣和大面積部署。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明所述的一種雨量的智能無線監測終端的結構示意圖；
[0027] 圖2為圖1所述監測終端的供電電路的電路圖；
[0028] 圖3為圖1所述監測終端的雨量測量模塊的第一電路圖；
[0029] 圖4為圖1所述監測終端的雨量測量模塊的第二電路圖；
[0030] 圖5為本發明所述的一種雨量的智能無線監測方法的主程序流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 于此。
[0032] 如圖1，一種雨量的智能無線監測終端，包括控制模塊，以及分別與控制模塊相連 的雨量測量模塊、片外數據存儲模塊、無線通信模塊、供電模塊、人機界面；其中
[0033] 所述的控制t旲塊為外接尚頻晶振、低頻晶振的單片機MSP430FR5869 ;尚頻晶振的 頻率為4MHz，低頻晶振的頻率為32768Hz;低頻晶振作為ACLK和實時時鐘RTC的時鐘源，高 頻晶振作為MCLK和SMCLK時鐘源。為了實現低功耗運行，單片機工作在Active和LPM3兩 種模式，實現對雨量的檢測、計算、存儲、無線通信和能量管理功能；
[0034] 所述的供電電路，如圖2,包括太陽能電池板U201、鋰電池充電電路U202、鋰電池 U203和LDO電路U204。太陽能電池板U201采用開路電壓為10. 8V、峰值功率為10W的單 晶硅太陽能電池；鋰電池充電電路U202采用具有太陽能最大功率控制的鋰電池充電芯片 bq24650,把太陽能電池的輸出電能存儲在鋰電池中；鋰電池U203采用容量為6. 6Ah、標稱 電壓為3. 7V的三元聚合物鋰電池。鋰電池的輸出電壓VCC直接