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：

1. 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；

2. 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。

3. 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。

4. 报表功能：对数据库内的降雨记录以列表的形式打印出来。

5. 降水判断：检测到降雨传感器的信号，实现开盖/关盖。

6. 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。

7. Ph值、电导率及温度的实时检测。

8. 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：

1. 信息共享

2. 数据集中管理

3. 分析功能

4. 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

1. EVK1100开发板

2. Usb转串口线

3. 串口线

4. 电导率传感器

5. PH值检测传感器

6. GSM模块（sim300cz）

7. 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