2 系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)主要由AT89S52單片機、超聲波發(fā)射和接收電路、進水排水及測量控制電路系統(tǒng)、報警電路及顯示電路、上位機通信電路、外圍保護電路等環(huán)節(jié)組成。具有實時測量雨量、存儲雨量信息、與上位機通信等功能。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

系統(tǒng)在正常的測量狀態(tài)下，經(jīng)過單片機控制進水閥開啟。雨水首先經(jīng)過濾網(wǎng)濾除冰雹等固體物質(zhì)，進入緩沖桶(防止雨水的濺出及氣泡對超聲波測量的影響)后，經(jīng)過細長的玻璃管進入測量桶內(nèi)。單片機在正常狀態(tài)下，先發(fā)射一個參考波形(頻率為40 kHz)，然后經(jīng)過功放電路后，由T40發(fā)射。經(jīng)過一段時間后再由接收管接收，并經(jīng)過功放電路。為減小誤差，需經(jīng)過過零調(diào)節(jié)電路后由單片機讀取信號。此后單片機通過計時計算速度，再發(fā)送一族波形計算實時的液位高度，通過每秒的高度差，計算雨量大小，并通過本地電路顯示，同時通過Modem傳送至上位機部分。
如果雨量過大，則蜂鳴器會產(chǎn)生相應的報警信號；如果系統(tǒng)不能工作在正常狀態(tài)，則單片機通過控制命令，啟動開啟閥并放大后，使電磁閥工作并排水。
在測量的過程中，將會出現(xiàn)兩個距離，一個為擋板距離，另一個為液位高度。通過比較返回時間的先后來確定兩者的具體含義。在超聲波速度的檢測過程中，采用定時測量的方式，時時更新速度。
2．1 發(fā)射電路
在氣體中的超聲波衰減量與距離的平方成正比，且頻率越高，衰減越大。根據(jù)實際情況，本系統(tǒng)采用40 kHz4阼為發(fā)射頻率。單片機經(jīng)過編程產(chǎn)生40 kHz頻率后，經(jīng)過9015信號放大后驅(qū)動T40發(fā)射電路。發(fā)射電路如圖3所示。接收探頭接收到回波，并經(jīng)過信號處理環(huán)節(jié)后，送給單片機。通過單片機的定時器可以測出超聲波脈沖發(fā)生串發(fā)射至接收到回波信號所需的時間。連續(xù)發(fā)送10次，然后取平均值。

2．2 進水排水及測量控制電路系統(tǒng)
濾網(wǎng)用在冰雹、雨夾雪等特殊的工作環(huán)境下，用于防護電路。測量桶上的緩沖桶用于強降雨時因濺出而引起的誤差，其要求是雨量的殘留量低。超聲波探頭安裝于測量桶頂部，間距100 mm(防止互相干擾)?？紤]到超聲波有1 ms延時，存在盲區(qū)為34 cm，因此擋板與探頭的距離確定為350 mm。桶的頂部至頂部上層為500 mm，測量桶上的緩沖桶截面積要大于測量桶，一般取倍。同樣為了避免盲區(qū)，由單片機控制并進行放大驅(qū)動后發(fā)送信號驅(qū)動開水閥和排水器(通過開啟電磁閥)進行相應操作。測量時，當測量筒內(nèi)的水位低于某值h0或高于某值h1時，進行控制并記錄水位之差。
2．3 與上位機的遠程通信電路
為了對降雨強度的變化進行分析或測定水位漲落速度超限報警燈，以便遠程監(jiān)測，可用程序設定定時采樣，并送出數(shù)據(jù)，隨時比較分析。AT89S52負責從雨量監(jiān)測現(xiàn)場采集參考速度及雨量信息，并將其存入存儲器中，同時負責Modem的初始化工作，并實現(xiàn)通信所必須的撥號、連接、傳送、掛斷等功能。上位機的軟件系統(tǒng)可以采用基于Windows的窗口化程序設計技術，可用Visual C++6．0開發(fā)，界面友好，實現(xiàn)方便。對于Modem的控制，使用AT命令來完成。而Modem具有自動呼叫、應答功能。通過發(fā)送命令ATDT65126747和應答命令ATZ可以形成通信鏈路。在收到其傳送的數(shù)據(jù)后，在其界面窗口上實時顯示、存儲。