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介绍
雨量自动检测系统可以有效预防洪水对人类 生活的破坏，其 充 分 发 挥 了 计 算 机 技 术、数 据 采 集 及电子通信 技 术 等 技 术 的 优 势。在 ２０ 世 纪 ８０ 年 代，随着传感 器 及 无 线 通 信 的 更 新，雨 量 检 测 系 统 得到了飞速发展。在１９７６年，美国ＳＭ 公司研发了 一套雨量检测系统，拉开了雨量检测系统发展的序 幕；在２０世纪９０年代，随着数据传输、计算机技术 及信息采集设备的进一步发展，大力促进了雨量检测系统的更新换代。为了解决检测雨量和 微观特征等难题，提出了基于压电效应的降雨参数 感知方法，实 现 了 雨 滴 数 量 的 估 计，通 过 累 加 雨 滴 体积从而获 得 降 雨 量；利 用 等 量 法 初 步 标 定单个雨滴的压电式雨量传感器的输入输出关系， 通过累加雨滴体积得到降雨量和强度， 并完成雨滴谱的测量 分 析；通 过 使 用 ＰＧＣ１０型移动式雨量计率定仪对部分地区采用翻 斗式自动遥测雨量计检测，并对降雨量进行检测和 校准；利用挡风玻璃短时相对静止的特点， 对雨滴的灰度和梯度特征进行雨滴粗分隔算法处 理。本文主 要 以 ＳＴＭ３２单 片 机 为 核 心 控 制 器，结 合 ＦＣ ３７雨 滴 传 感 器、ＮＲＦ２４Ｌ０１无 线 收 发 模 块 和 ＯＬＥＤ显示屏等实现雨量无线检测系统的设计。
硬件设计
系统原理
本文以单片机为核心控制器来设计一款雨量 自动检测系统，通过无线传输技术和雨量传感器实 时检测远距离的降雨量信息，并通过 ＯＬＥＤ 显示屏 显示。本设 计 利 用 ＳＴＭ３２ 作为主控芯片完成 主控电路的 设 计，辅助电路包括雨量检测电路、无 线收发模块电路、ＯＬＥＤ显示电路和电源电路等本系统主要包括２个模块，分别是 发送模块和接收模块，并且２个模块都能进行雨量 检测。发射模块将采集的信息及时发送给接收模 块，接收模块 结 合 自 身 检 测 雨 量 信 息，根 据 软 件 中 设计的雨量阈值判断雨量大小，通过２个显示屏显 示采集信息。
系统电源设计
本设计选用 ＳＴＭ３２ 系 列 单 片 机，由 于 其 采 用 ３．３ Ｖ 供 电，而 选 用 的 传 感 器 供 电 电 压 为 ３．６～ ５．０Ｖ，综 合 元 器 件 特 性，本 系 统 采 用４．５Ｖ 供 电。 为了满 足 单 片 机 供 电 需 求，需要设计降压电路。 ＢＬ８０６４可在０．１Ｖ 步进 中 提 供１．１～５．５Ｖ 范 围 内的输出 值，也 可 以 根 据 命 令 指 定。ＢＬ８０６４ 包 括高精度基准 电 压、误 差 放 大 器、限 流 电 路 和 输 出 驱 动模块，其具有良好的负载暂态响应和良好的温度 特性，采用微 调 技 术 保 证 输 出 电 压 精 度 在 ±２％以 内。在应用电路中都使用输入电容（Ｃｉｎ＝１０μＦ）和 输出电容（Ｃｏｕｔ＝１０μＦ）。从而可知，在设计过程中 使用 ＢＬ８０６４将４．５Ｖ 电源转换为３．３Ｖ 来满足单 片机和传感器需求。
传感器电路设计
采用雨量传 感 器 ＦＣ ３７检 测 雨 量 大 小，该 传感器可以将雨量信息转化成电路中的数字量信息 或模拟量信 息 输 出，其工作方式简单实用，便 于 单 片机对信 息 的 采 集 和 处 理。其工作原理是雨滴量 可改变电容 的 介 电 常 数，从而影响电容的大小，电 容计算公式为 Ｃ ＝ εｓ ４πｋｄ Ｃ 为电容；ε为介电常数；４πｋ为常数；ｄ 为栅极 板间的距离；ｓ为栅极板的正对面积。 当雨滴落到电容的栅极之间时，改变了电容的 介电常数，其 电 容 值 也 就 随 之 变 化，此 时 系 统 将 电 容值的变化量传输给单片机，再由单片机输出口将 信息通过 显 示 屏 显 示 出 雨 量 的 大 小。而 且 该 传 感 器如果采用 大 面 积 的 组 合 感 应 板，检 测 效 果 更 好， 其表面材料采用镀镍的方式，具有极强的抗氧化性能。
通信模块的设计
本设计中 的 雨 量 信 息 需 要 进 行 一 定 距 离 的 无 线传输，故基于 ＮＲＦ２４Ｌ０１芯片搭建了硬件电路模 块，将无线模 块 收 发 集 于 一 体，并 利 用 程 序 设 计 区 分发送方 和 接 收 方。该 无 线 射 频 收 发 模 块 在 与 单 片机的通信上采用的是基于 ＳＰＩ协议的通信方式， 其连接单片机的６个引脚。
软件设计
本设计主要应用 Ｃ语言进行编程，在 Ｋｅｉｌ的开 发环境下编辑，经过编译、链接后，采用ＪＬＩＮＫ 下载 器将程 序 下 载 到 单 片 机 中，从 而 实 现 系 统 的 预 期 功能。
发送机程序设计
发送机在此设计中为从机，提出采 集降雨量信息的单片机控制器１，在软件节点上称 之为从节点。 该控制系统在硬件上主要由 ＳＴＭ３２Ｆ１０３单片 机控制单元、降雨量检测模块和 ＮＲＦ２４Ｌ０１无线发射模块等构成。在软件方面，单片机上电后首先完 成 定 时 器 初 始 化、ＡＤ 模 数 转 换 的 初 始 化 和 ＮＲＦ２４Ｌ０１无线发射模块的初始化；然 后 定 时 采 集 降雨量信息，并将采集的模拟量信号通过 ＡＤ 转换 通道转换成数字量信号；最后使用 ＮＲＦ２４Ｌ０１无线 发射模块将雨量信息发送给主机。
接收机程序设计
接收机在本设计中为主机，接收降雨 量信息并显示的单片机控制器２，在软件节点上称 之为主节点。当接收机检测到从机发送的信 息时，单片机 读 取 雨 量 信 息，并将雨量通过显示屏 显示，如果主机并未检测到从机发送的信息，则 从机通信故障变量加１，如果检测故障变量值大于１０ 时，则接收系统初始化，重新开始雨量检测。
