大赛获奖作品展示，降雨量检测及水质分析系统的完整设计方案

一、项目概述

1.1 引言

1.1.1编写目的

本文档用于说明项目基本情况及项目开发的计划安排。

1.1.2 背景

项目背景:

从天空降落到地面上的雨水，未经蒸发、渗透、流失而在水面上积聚的水层深度，称为降雨量（以毫米为单位），它可以直观地表示降雨的多少。测定降雨量常用的仪器包括雨量筒和量杯。

环境中的各项因素的监测有一定的重要意义，环境中的监测项目有温湿度、风向风速、 雨量、气压等等，每一种监测均有一定的作用，温湿度监测仪对于环境中的温湿度能做 到实时的监测，温湿度不仅仅影响着植物的有机物质合成量，同时对于人的感官舒适度 有很大的影响作用，而温湿度与风向风速两者相结合则是对于环境中的风林火线的预测 有一定的关系，风向风速的预测则是借助风向风速仪来进行操作，而雨量的监测对于农 业上的灌溉有一定的指导作用，通过使用雨量监测以来进行对降雨量的测量，以此来进 行制定合理的灌溉措施。

雨量的检测不仅仅用于农业中，降雨量的监测为我们的安全出行有着很大的帮助，对于轮船以及飞机的安全抵达有很大的影响作用，在降雨量到达一定的等级之后，这两种交通方式很有可能被禁止出行。

1.2 项目背景/选题动机

目前， 国内许多水文站监测水位和降雨量仍采用人工方法。 该方法不但存在测量的人身安全问题， 而且还存在数据测量难以准确、 监测实时性不强等问题。 为了实时准确监测水位及降雨量，我们可采用一种基于GSM的水位与降雨量在线监测系统。 该系统以单片机为控制核心， 利用全球移动通信系统GSM公众无线通信网的SMS服务传输远程数据， GSM网覆盖面广、 一次投入少、运营成本低、 运行可靠、 抗干扰能力强等优点,实现了江河、 湖泊及水库等水位和该区域降雨量的远程监测,同时能实现水文站的无人值守功能。

目前市场上所见的降水自动采样器主要有以下几类：

（1）单机运行类：降水时自动打开桶盖，降水结束时自动关闭。基本没有实现降水信息的采集，如降雨开始/结束时间、降雨量等。

（2）近距离通讯类：该类采样器除具备单机运行类的功能基础上，还可以采集一些简单的信息，如降雨开始/结束时间、降雨量等，而且具备一定的进距离通讯手段，可以将信息传输到计算机中。目前最常用的通讯方式就是RS485通讯方式，通讯距离在1200米之内。

（3）远距离通讯类：与近距离通讯类采样器相比，该类采样器主要采用远距离无线通讯方式进行数据传输。目前最常用的方式就是利用移动通讯公司提供的数据传输业务，如短消息、GPRS、CDMA或3G通讯技术实现数据的远距离传输。由于采用了移动通讯公司的通讯网络，传输距离基本不受限制，在全国范围内均可实现传输。唯一的缺点就是采样器所在的位置必须是在通讯信号覆盖范围内。

（4）多功能型：这类采样器基本上在（3）类基础上，可以采集更多的降水信息，如实现分段定时采样，实现PH值、电导率等的在线监测，实现了更高级别的智能化。这种类型的降水自动采样器正是今后的发展方向。

二、需求分析

2.1 功能要求

目前该类系统都是单机版的简单的管理软件，基本具备以下几个功能：

通讯功能：与降水采样器实现通讯，将收集到的数据显示出来；

设置功能：可以设置相关的通讯参数，以及降水采样器的工作方式等，可以对采样器进行参数的设置。

数据管理功能：简单的软件不具备此项功能。该功能实现了数据库的管理功能，将采集到的信息写入数据库，允许对数据库内的信息进行简单的查询等操作。

报表功能：对数据库内的降雨记录以列表的形式打印出来。

降水判断：检测到降雨传感器的信号，实现开盖/关盖。

降水量的统计：能正确累计降水量，通过标准雨量计进行累计。

Ph值、电导率及温度的实时检测。

基于短消息的远程无线通讯方式。

图1 系统架构

2.2 性能要求

目前这些单机类的信息管理系统存在如下缺点：

信息共享困难：信息保存在单机上，软件也需要安装在该计算机上。想利用其它计算机来访问这些数据比较困难。

数据难以实现集中管理：当多个环境监测站都安装了降水采样器后，如何将这些采样器的信息集中起来，进行对比分析等操作就成了难题。

不具备分析功能：由于单机版软件的数据较少，基本上没有实现数据的对比分析、曲线显示、灵活统计等功能。

软件维护困难：单机版软件容易受病毒破坏。需要用户或厂家进行重新安装，给系统维护带来额外的费用。

因此，经过分析发现，目前还没有针对降水采样器的网络版信息管理系统。该系统具有较好的应用前景，应该尽快设计。

所以，预想系统应达到一下性能：

信息共享

数据集中管理

分析功能

方便的软件维护功能

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

系统硬件结构框图

主控模块儿及周边

3.2 硬件平台选用及资源配置

EVK1100开发板

Usb转串口线

串口线

电导率传感器

PH值检测传感器

GSM模块（sim300cz）

降水采样器

3.3系统软件架构

3.4 系统软件流程

程序运行流程图

3.4 系统预计实现结果

本系统主要达到下述目标：

1、系统应能满足现代降水采样信息管理的要求，能容纳多种信息，主要包括降水信息（降水开始/结束时间）、每N分钟采集到的降雨量、降水成分的分析信息（Ph值、电导率）。能对这些信息实现采集、处理、存储、传输，按不同时段进行统计，计算，存档功能。

2、实现降水量、Ph值、电导率的的统计、分析、以及图形化显示。

3、系统应有良好的开放性，具有与多种降水采样器进行通信的能力。系统建成后，不同厂家、不同类型的采样器，可以很方便地接入系统。主站系统硬件不依赖任何厂家，可以方便地在市场上采购得到，以利系统的维护和扩充。

4、系统应满足高可靠性的要求。系统重要设备都应能够按冗余要求配置，包括主服务器、前置通讯设备、通讯通道等，或在将来很容易地实现冗余配置。

5、系统应满足对数据完整性和保密性的要求。

6、系统应满足对灵活性和可扩充性的要求。在采样器增加，或数据存储间隔时间缩短的情况下，系统能够很方便地适应扩充的要求。

7、可实现故障显示、查询，异常分析等功能