虹吸式传感器降水量采集系统电路设计

　　为了实现地区降水量自动观测，本文介绍了一种虹吸式传感器的降水量采集系统的设计方案。本方案采用虹吸式降水量传感器和自动统计计算软件，实现了一种降水量采集系统。该降水量采集系统与维萨拉公司的翻斗式降水量观测设备进行了精度比对试验，试验结果表明该采集系统给出的月、日、时降水量统计结果以及小时降水强度统计结果可信有效。

　　降水量传感器

　　常用的降水量传感器有翻斗式和虹吸式两种。本设计采用的是R.M.YOUNG公司生产的50202 型虹吸式传感器，该传感器无活动部件，敏感器件为电容传感器。传感器的测量腔体和采集漏斗外部均有保温和加热装置，用于融冰或化雪。雨或雪通过采集漏斗进入测量腔体。测量范围为0~50 mm，测量精度为±1mm，输出信号为0~5.00 V DC，对应0~50 mm 的液位高度。进行观测时，降水通过传感器的采集漏斗进入测量腔体，使测量腔体内的液位高度发生变化，液位高度的变化值即为观测时段的降水量。当传感器的液位高度达到50 mm 时，传感器自动产生虹吸，虹吸时间为30 s 左右，虹吸后，传感器的液位高度回到零。

　　信号采集器

　　信号采集器由电源模块和数据采集板组成。电源模块为降水量传感器和数据采集板提供工作电源，数据采集板采集测量降水量传感器的0~5.00 V DC 输出模拟量信号，并将模拟信号转换为液位高数字信号发送给数据处理终端。数据采集板原理图如图2所示。

　　数据采集板由中央处理器、模/数转换电路和RS 232 通信接口电路组成。中央处理器采用AVR 系列单片机，该系列单片机具有高性能、低功耗的特点，处理器本身集成了10 位模/数转换器和可编程串行通信接口，这使得数据采集板的外围电路更为简单。模/数转换电路中采用的AD623 是一个集成单电源仪表放大器，它能在单电源（+3~+12 V）下提供满电源幅度的输出，AD623允许使用单个增益设置电阻进行增益编程，以得到良好的用户灵活性。在无外接电阻的条件下，AD623被设置为单位增益；外接电阻后，AD623可编程设置增益，其增益最高可达1 000倍.AD623放大器对降水量传感器输出的0~5.00 VDC 信号进行预处理，处理后接入中央处理器的模/数转换通道，对信号进行读取。RS 232通信接口电路采用了MAX232芯片，这是一款兼容RS 232标准的芯片，由于电脑串口RS 232的电平是-10~+10 V，而单片机应用系统的信号电压是TTL 电平（0~+5 V），MAX232 就是用来进行电平转换的。CPU 通过模/数转换通道读取到的液位高值再通过RS 232通信接口发送给数据处理终端。