谷紀(jì)生　程琳　李紅玉

摘 要：為了解決測(cè)量降雨量的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種以電容表為測(cè)量核心，以PC為上位機(jī)的智能降雨量測(cè)量系統(tǒng)。采用微小電容測(cè)量代替用量杯和量筒來(lái)測(cè)量，并將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口通信直接傳給上位機(jī)，上位機(jī)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚瑢⑻幚砗蟮臄?shù)據(jù)在上位機(jī)以圖像的方式呈現(xiàn)在PC上，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)降雨量智能采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)和實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電容測(cè)量；降雨；LABVIEW；上位機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.204

降雨量是指在一定時(shí)間內(nèi)降落到地面的水層深度，單位用毫米表示。傳統(tǒng)的測(cè)量方式是通過(guò)量杯和量筒來(lái)人工的測(cè)量，這樣的測(cè)量方式不能夠?qū)崟r(shí)直觀的檢測(cè)到降雨量的多少。本系統(tǒng)采用測(cè)量電容大小的方法代替原來(lái)的用量筒和量杯的測(cè)量方法，該方法具有實(shí)時(shí)性好、方便并可以通過(guò)電腦直觀的觀察到降雨量的多少。

1 測(cè)量系統(tǒng)的組成

測(cè)量系統(tǒng)由電容傳感器、數(shù)據(jù)采集器和上位機(jī)3部分組成。傳感器輸出的微小電容被MLC500LC測(cè)量?jī)x測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)通過(guò)串口通信傳給PC機(jī)，PC機(jī)在LABVIEW軟件平臺(tái)完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理顯示以及存儲(chǔ)。

2 電容傳感器

電容傳感器是用來(lái)采集雨量的裝置，其工作原理是根據(jù)水在2個(gè)鐵板間可以形成微弱的電容，并且電容的大小隨著水量的變化而變化。在圓筒狀玻璃瓶的外側(cè)均勻的安裝有2個(gè)寬的檢測(cè)極板，2個(gè)窄的徑向屏蔽電極以及上下各一個(gè)屏蔽環(huán)。其中2個(gè)寬的極板是用來(lái)采集電容值，2個(gè)窄的徑向電極接地是用來(lái)改善傳感器敏感場(chǎng)的分布、改善傳感器的性能。屏蔽環(huán)可以起到限制壓縮敏感場(chǎng)的作用。

3 數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)中需要檢測(cè)的電容屬于微小電容，選擇MLC500LC電容/電感測(cè)量?jī)x來(lái)檢測(cè)微小電容。MLC500LC測(cè)量?jī)x是全自動(dòng)量程元件測(cè)量?jī)x，測(cè)量高度達(dá)500kHz，適用于小容量電容和電感測(cè)量，它提供了非常穩(wěn)定和高分辨率測(cè)量。測(cè)量?jī)x可以測(cè)量0.00pF至100mF電容。

4 上位機(jī)

本系統(tǒng)上位機(jī)軟件采是以labview為平臺(tái)開(kāi)發(fā)。labview上位機(jī)由串口通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)處理與顯示3個(gè)部分組成。

4.1 串口通信

串口通信中主要用到VISA配置串口、VISA讀取以及VISA關(guān)閉三個(gè)函數(shù)。對(duì)VISA配置串口進(jìn)行如下配置：波特率設(shè)置為115200、數(shù)據(jù)位設(shè)置為8奇偶校驗(yàn)位設(shè)置為0、停止位設(shè)置為1。

4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要用到寫(xiě)入電子表格函數(shù)與初始化數(shù)組函數(shù)，寫(xiě)入電子表格函數(shù)需要配置存入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式、文件路徑與是否添加至新文件。

4.3 數(shù)據(jù)處理及顯示

本系統(tǒng)把采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理：測(cè)量充滿水的電容值Cmax，測(cè)量空管的電容值Cmin，測(cè)量加入不同高度水的電容值C，測(cè)量筒的高度為L(zhǎng)（mm），加入一定高度的水的高度L1，那么（C-Cmin）/（Cmax-Cmin）=L1/L，其中L=145mm，L1在labview中用一個(gè)溫度計(jì)顯示，這樣可以清晰的觀察到管內(nèi)的水的高度。

5 測(cè)量結(jié)果及分析

其中，Cmax代表充滿水的電容值，Cmin代表沒(méi)有水的電容值，C代表充滿部分水的電容值，L1代表由電容測(cè)量后得到的高度，L2代表用刻度尺測(cè)量所得的高度用來(lái)與L1進(jìn)行對(duì)比。

6 結(jié)論

本文介紹了以MLC500LC測(cè)量?jī)x為核心將傳統(tǒng)用量杯和量筒測(cè)量降雨量的方法轉(zhuǎn)變?yōu)闇y(cè)量微小電容的方法來(lái)間接測(cè)量降雨量，系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果表明，該系統(tǒng)的精度高、實(shí)時(shí)性好，可以滿足實(shí)際的生產(chǎn)需要。

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