雨量自动监测与雨水采集系统的设计与实现

论文摘要

水是生命存在的基础,地球之所以称为蓝色星球,是因为水占据了全球总表面积的70.8%。但是地球上可以供给陆地生活水量不到1%,其中占0.31%的地下水是大量生活用水的来源。我国西南的云南省和贵州省岩溶水存储极其丰富,但是因受到自然条件和社会经济发展的限制,目前地下水的开发效率仍比较低下。在日益增长的社会经济活动污染与全球变暖影响下,地下水的水质和水量已经受到严重影响,研究地下水的补给刻不容缓。在喀斯特地下水研究中,水同位素是研究降水补给地下水、地下水在含水介质中的存储与传输过程的良好示踪剂,需要及时收集降水同位素样品和洞穴滴水同位素样品,分析二者响应,计算降水在地下滞留时间及传播路径与过程。为此本课题设计了一套雨量监测与自动取样系统,再配合另一套洞穴滴水监测系统,能够推算出降雨经过的地质结构。为研究区域地下水补给及其模型建立提供科学依据,同时其监测取样部分具有较好的推广应用价值,稍加改进后也能应用于泉水、洼地水、径流水等多种水的自动取样。本系统主要实现以下功能:一、对降雨量进行监测,并能长时间工作记录。二、降雨自动取样功能,取样模式分为大雨和小雨模式,需要根据实际天气情况设置,大雨模式将整场降雨的取样作为一组样品,通常收集1-3天,期间雨水斗数到达设定值自动换瓶,当一组数据收集完毕后,系统也能自动换瓶;小雨模式下由于降雨量较少,通常设置为10-30天获取一组样品。记录的信息包括收集的雨水斗数、样品的瓶号、雨水的场次、取样的时间等。三、具有GSM短信息功能,能够实时将降雨量信息和自动取样信息传输至终端手机上,以便研究人员及时了解降雨与取样情况。四、利用WIFI模块实现参数设置与监测数据输出功能,省去了在控制板上安装显示屏和按键,进一步降低功耗。五、采用低功耗的电源管理技术,使系统能够在野外长时间工作。本次设计以Cotex-M3芯片中的STM32F103作为系统控制器,其拥有丰富的接口资源,可以满足设计需求。对于降雨量的监测采用高分辨翻斗雨量计,通过控制器的外部中断来实现降雨量监测。参数设置与数据输出采用ESP8266芯片作为WIFI模块,实现上位机与控制器的数据交互。数据存储方面,采用FLASH存储技术,利用板载W25Q64芯片通过SPI串口存储数据,数据读写稳定迅速,且较之SD卡能大幅度降低功耗。GSM短信息传输使用的是技术成熟的SIM800A模块,该模块对工作环境要求不高,且功耗低非常适用于野外环境,且数据发送稳定快速。系统电源部分,采用开关电源,通过对各模块低功耗电源供给设计,实现最低功耗工作。整体机械方面,考虑到密闭性和抗腐蚀性的原因,采用304不锈钢金属盒封闭,并采用分区设计,利用卡榫和螺母完成各区之间的连接和分解。自动取样部分通过光电感应的方式实现换瓶操作,该方式定位精准,功耗低且性能稳定。最后通过设计的分水盘将样品瓶环形放置结构变为5*5矩阵结构,极大的提高了空间利用率和样品收集效率。经过实验分析测试,以上设定功能均能实现。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 汤弘博

导师: 周燕

关键词: 雨量监测,自动取样,数据传输

来源: 云南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 地质学,地球物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 云南大学

基金: 国家自然科学基金项目“喀斯特包气带渗透过程及其水文地质含义研究”,中国地质科学院岩溶地质研究所横向科研项目“勐腊县碳循环观测站建设与检测项目”

分类号: TP311.52;P641.7

总页数: 86

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