文章编号：１６７４—７０７０（２０１１）０５－０４６６－０５ 雨量计自动校验仪设计 摘要 雨量计是气象、水文、农业等部门观 测降水量的重要仪器，新生产的雨量计 以及使用中的雨量计都需要进行校验以 确保其精度和可靠性．目前利用手工校 验的方法不方便且精度难以保证，针对 这一情况，设计了一种便携式雨量计自 动校验仪．该仪器利用超声波实时检测 当前液位进而控制步进电机自动调节流 速、流量，保持水流量的均匀．利用软件 可设置不同的雨量来模拟实际的降雨， 最后通过对比雨量计读数看其是否符合 精度要求．系统选用了高频的超声波传 感器，处理器计时频率达到５０ ＭＨｚ，提 高了测量的精度． 关键词 气象仪器；雨量计；雨量计校验／检 定；超声液位测量 中图分类号ＴＰ２１７ 文献标志码Ａ 收稿日期２０１０—１２．１４ 资助项目南京信息Ｔ程大学科研基金（２００８－ ０２５８） 作者简介 张自嘉，男，教授，主要从事仪器科学与技 术方面的教学与科研工作．ｚｈｚｉｊｉａ＠１２６．ｃｏｉｎ １南京信息Ｔ程大学信息与控制学院，南京 ２１００４４ 张自嘉 归金娟 ０ 引言 降雨量是一种重要的气象要素，对降雨量的准确观测是气象、水 文、农业等部门进行预报、决策的重要数据．雨量计是观测雨量的重 要仪器，新生产的雨量计需要进行检定或校验，使用中的雨量计也需 要经常进行检定，以便对其精度和可靠性给出评估和校正．目前对雨 量计的校验主要是利用标准容器或者精度较高的翻斗式雨量计，也 有用手工方法通过量杯进行校验．标准容器法校验通常由若干容积 不同的标准容器构成，体积较大，适于固定在室内使用；利用翻斗式 雨量计对其他雨量计进行校验，其检测精度受自身精度的影响；通过 手工调节出水孔大小来模拟雨量大小，实现对雨量计的校验，由于水 压的存在，无法保证水流的均匀性，而且手工校验受个体经验影响， 不方便且精度难以保证 针对上述情况，本文设计了一种雨量计自动 校验仪，由于雨量计的校验需要检验不同雨量下雨量计的测量精度， 因此校验时需要控制不同的流量来模拟实际的降雨，均匀的流量可 以更准确地对雨量计进行校验．目前气象部门普遍使用的雨量计有 虹吸式雨量计及翻斗式雨量计，雨量计承水器口径通常为２０ ｃｍ¨ ， 可测量的降雨强度范围一般规定在０～４ ｍｍ／ｍｉｎ ．本校验仪器就 以该降雨强度范围作为可模拟的雨量大小范围，要求能控制的流量 大小为０～１２５．６ ｍｌ／ｍｉｎ． 对雨量计进行校验，实际上就是通过模拟各种实际降雨量，通过 对比雨量计的读数与实际流入的水量大小，来检测雨量计的精度是 否满足规定要求．本文设计的便携式雨量计自动校验仪可以设置雨 量大小并能自动调节流速、流量，通过反馈的方式控制水的流量，提 高了流量控制的精度．与传统的校验方法相比，避免了人工手动操作 带来的不确定因素，可以保持水流量的均匀．此外，该仪器体积小，操 作方便，可以用可充电电池供电，便于现场对雨量计进行校验，有较 好的应用前景． １ 系统总体方案设计 雨量计自动校验仪器包括储水室、超声波液位测量单元、阀门、 步进电机、控制电路等．储水室通过阀门与排水管道和外界相通，阀 门的开度受步进电机控制，通过控制阀门开度来调节水的流速，并控 制在一定时间段内水的流量．储水室上部为收发一体的超声波换能 曲荣侮垂 学学报：自然科学版，２０１１，３（５）：４６６－４７０ ４６７ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎ８ ｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０１ １，３（５）：４６６－４７０ 器及相应的发射和接收电路，通过测量超声波换能 器与液面的距离来测量水的流量和流速．储水室为 直径１０ ｃｍ，高２０ ａｌｎ的圆柱形容器．控制电路包括 电源、微处理器及附属电路、步进电机驱动电路．该 装置还设有温度传感器，用于对超声波的声速进行 。 控制主板 修正，并采用矩阵式键盘和ＬＣＤ显示实现人机交 互．本设计的测量与控制电路原理如图１所示． 电源 键盘与显示器 ＼／ 温度传感器 微控制器‘＿ －１超声波液位测量单元 ／＼ 光电定位器 ｌ步进电机驱动器卜＿ 步进电机 图１测量与控制电路原理 Ｆｉｇ．１ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ 设计时考虑到超声波传播时间和液面波动会影 响超声波反射的时间，从而影响距离的测量，对测量 结果带来误差，因此使用的储水室直径较小，为１０ ａｍ，液面的波动不会很大，水面很容易静止下来；另 外设计时在储水室中插入一个直径更小的管子，高 频的超声波在管子中可以近似直线传播，液面波动 影响会更小一些． 校验时，将仪器置于待校验雨量计的盛水口上 方，储水室中加入适量的水，在键盘上设定好雨量大 小和总的雨量．系统读取设定的雨量大小和总雨量， 换算为单位时间内液面下降速度和总放水时间，并 计算出步进电机转动的步数．启动超声波换能器，发 出超声波脉冲测量当前液位，并根据当前温度对超 声波声速进行修正，计算并判断储水室中的水量大 小，若水量太少，无法达到所需模拟水量时，蜂鸣器 蜂鸣报警，提示用户加水．水量达到一定高度时，控 制步进电机转动，控制转动已计算出的步数，调节阀 门开度．同时不断测量液面高度，并进一步调整阀门 开度，使流量更准确．当达到设定的总雨量时，控制 步进电机转动，关闭阀门，否则继续放水至达到设定 的雨量．最后对比雨量计读数看是否符合规定的精 度要求．系统总体结构如图２所示． ２硬件电路实现 ２．１主控及测距电路 由于要借助超声波测量液位高度，也就是通过 超声波信号的往返时间差来实现距离测量，为了提 图２系统总体结构 Ｆｉｇ．２ Ｇｅｎｅｒａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ 高测量精度，系统的定时器应具有较高的位数和较 高的计数频率．普通的单片机位数和频率都较低，难 以达到要求，同时考虑到便携式应用的低功耗要求， 因此，系统选用了具有３２位定时器及计时频率达５０ ＭＨｚ的ＡＲＭ７芯片．具体型号选用的是ＰＨＩＬＩＰＳ公 司的ＬＰＣ２２１０芯片，特别是其特有的定时器外部捕 获和快中断功能，可以提高超声波脉冲边缘的检测 精度和系统的反应时间，从而有助于提高整机的测 量精度． 超声波发射、接收模块是整个系统设计的关键 部分．考虑到本装置中超声波测量液位距离短，精度 要求高，因此选用高频的超声波换能器．超声波换能 器的中心频率为２００ ｋＨｚ，超声波发射、接收电路设 计为收发一体式，具体电路如图３所示． 发射电路通过高电压和窄脉冲来驱动，使传感 器产生出像用锤子敲钟那样的谐振．尖脉冲很窄就 可以防止超声波传感器已经开始振荡，而脉冲还在 继续作用于传感器，从而影响传感器在其固有频率 下振荡．电路采用电容瞬时放电法，通过场效应管 ＩＲＦ８４０开关速度快，导通时电阻小来产生高压脉 冲 ．由于超声波发射需要较高电压，通过控制ＭＯＳ 管Ｑ１的导通与截止将直流变为交流后通过１：１０的 变压器将１２ Ｖ的电压变为１００ Ｖ左右的高电压．图 ３中的Ａ、Ｂ均与微处理器的Ｉ／０引脚相连． 由于电路采用收发一体式，发射和接收用同一 信号线，所以要采用限幅电路来保护输入放大电路． 电路中通过二极管的钳位作用防止高压发射脉冲进 入接收电路．电路中的２个肖特基二极管和限流电 阻将输入电压限制在０．７ Ｖ以内，但对较小的回波 信号不起作用，实现了超声波发射、接收电路一体 张自嘉，等．雨量计自动校验仪设计 ４６８ ＺＨＡＮＧ Ｚｉｊｉａ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒ 化 ．同时，由于能量损失，接收到的超声波信号变 流量．阀门的开合程度则是通过步进电机来控制的． 得比较微弱，因此需要对信号进行两级放大，电路中 步进电机作为控制执行元件，可以对旋转角度和转 选用了高频、低功耗、单电源供电的ＭＡＸ４４１６运算 动速度进行高精度控制 Ｊ，其启动、停止、反转及其 放大器．在电路设计中，比较器选用单电源供电、延 他任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，具 有较好的控制性能 Ｊ．系统根据设定的雨量大小计 迟时间仅为４．５ ｌｑＳ的ＭＡＸ９６１． ２．２超声波测距的温度补偿 算出步进电机转动的步数后控制步进电机转动，调 节阀门开度，并通过反馈的方式不断调节水的流量， 使流量更准确．当达到设定的总雨量时，控制步进电 机转动，关闭阀门． 本系统中，微处理器通过步进电机驱动器控制步 常温时超声波在空气中的传播速度约为 ３４０ ｍ／ｓ，但在实际应用中，环境的温度会偏离常温， 变化较大，对声速有影响．声速Ｃ与环境温度７Ｔ（℃） 的关系如下：ｃ＝３３１．４５＋０．６１Ｔ，温度每升高１０ ｑＣ， 声速增加约６ ｍ／ｓ．因此，如果将声速作为定值进行 计算，液位的测量误差会很大．要想提高系统测量精 度，必须对声速进行校正．声速校正方法目前应用较 进电机旋转，从而控制阀门的开合程度，进而控制流 速大小．系统选用二相混合式步进电机４２Ｈ４６２，步距 角１．８。，利用驱动器细分数设定，能够达到很高的分 辨率．ＡＲＭ处理器的２个Ｉ／Ｏ口控制步进电机驱动 多的是温度补偿法，利用温度传感器采集现场温度， 对超声波传播速度进行校正．系统采用ＤＡＬＬＡＳ公 司的一线式数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０芯片进行温 器，其中一个控制方向，另一个控制转动步数，每个脉 冲转动一步．微处理器通过控制脉冲个数来控制角位 移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲 度补偿．ＤＳ１８Ｂ２０采用１．ｗｉｒｅ总线方式，不需要外围 频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的． 调理电路，体积小巧，只有电源、接地、数据线共３个 ２．４键盘、显示及功能实现 引脚，极大地节约了系统资源 ；它的测温范围为 雨量计自动校验仪器为便携式仪器，使用ＬＣＤ ５５～＋１２５℃，测温分辨率可达０．０６２５℃；而且测 显示以降低功耗，用以显示键盘输入、雨量计所测读 温值数字化，读取非常方便；对于常规的气体、液体 数以及温度等信息．系统采用带字库的ＴＧ１２８６４Ａ 测温，最多０．７５ Ｓ就可以完成 Ｊ，具有低成本和易使 液晶显示器，该显示器是１２８ Ｘ ６４点阵式液晶． 用的特点．系统采用外接５ Ｖ电源给ＤＳ１８Ｂ２０芯片 系统输入采用４ Ｘ４的矩阵键盘，用于输入用户 供电，芯片总线与ＬＰＣ２２１０的Ｉ／Ｏ口相连． 设定的雨量大小和总的雨量，共１６个按键，其中，数 一２．３流量控制 字键：０＿９，小数点键：“．”，功能键：开机键、复位键、 模拟各种降雨量，实际上就是根据设定的雨量 确认键、重置键和排水键．排水按钮的设计考虑到校 大小，经过换算确定阀门的开合程度，从而控制水的 准过程中或完毕后需要排空主容器中的剩水．复位 ｌ２Ｖ 图３超声波发射、接收电路 Ｆｉｇ．３ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｅ 曲未 鏖 学学报：自然科学版，２０１１，３（５）：４６６－４７０ ４６９ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０／１，３（５）：４６６－４７０ 按钮的设计考虑到当程序跑飞或其他无法正常工作 的情况下，可以手动复位． ３超声波接收电路的仿真与实验 雨量计检验仪设计的关键在于超声波液位测量 部分的设计，根据前面的设计电路进行模拟仿真，图 ４所示为接收到的超声波信号的仿真波形． 时间／ｔｘｓ ａ接收信号的仿真波形 ５．００ ４．００ ３・ＯＨ０ ２．００ １＿０ＨＤ ０ —１．００ ０ ５．０Ｈ０ ｌ０．００ １５．０Ｏ ２Ｏ．００ 时间／ｔｘｓ ｂ整形后的仿真波形 图４接收及整形后的仿真波形 Ｆｉｇ．４ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍ ａｆｔｅｒ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ａｎｄ ｓｈａｐｉｎｇ 接收到的反射信号被放大滤波后，通过检波、整 形电路变成方波信号，根据信号的强弱设定比较器 的阈值电压，将正弦信号变为方波信号，如图５所 示．整形后的方波信号前面有一些噪声信号，但其电 压较小不会触发中断．方波信号输人到ＬＰＣ２２１０的 捕获引脚后，利用第１个脉冲的下降沿触发中断，并 利用快中断功能实现较高精度的计时，可以计算出 相应的传播时间． ４软件设计 系统软件设计充分利用了ＬＰＣ２２１０的内部资 源、功能模块、Ｉ／Ｏ口线．软件采用模块化设计，包括 主模块、温度补偿模块、电机控制模块、显示与按键 模块．其中主模块主要完成系统的初始化、超声波的 发射和接收等．系统软件流程如图６所示． ａ．接收到的反射信号被放大后的波形 ｂ．整形后的波形 图５接收及整形后的波形 Ｆｉｇ．５ Ｗａｖｅｆｏｒｍ ａｆｔｅｒ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ａｎｄ ｓｈａｐｉｎｇ 系统初始化 渎取设定的雨量并计算出步进电机转动步数 超声波测当前液位 报警 控 步进电机转动ｌ手丁开阀门 ｌ 测量液面高度并调整阀门开度 —二二 ～ 否 ＼巴到思刚＿亘 ／ ＼＿ 关闭阀门并显示雨量计读数 图６系统软件流程 Ｆｉｇ．６ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ 张自嘉，等．雨量计自动校验仪设计 ４７０ ＺＨＡＮＧ Ｚｉｊｉａ．ｅｔ ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒ ５ 结束语 设计的雨量计自动校验仪器利用３２位ＡＲＭ的 ［Ｊ］．仪表技术与传感器，２００８（９）：２１—２３ ＪＩＡＯ Ｂｉｎｇ，ＴＡＮＧ Ｈｕｉｑｉａｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ Ｊ Ｊ）．Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ 高精度定时器和其捕获功能和快中断功能加强了液 位的回波处理能力；采用高频率的超声波换能器以 及利用温度传感器进行温度补偿提高了测量的精 度．经过进一步的改进、提高精度，可用于对雨量计 进行现场校验，有着良好的应用前景． Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ，２００８（９）：２１－２３ 包敬海，樊东红，陆安山，等．基于ＤＳ１８Ｂ２０的多点体 温检测系统的研究［Ｊ］．自动化与仪表，２０１０，２５（２）： ２０－２２ ＢＡＯ Ｊｉｎｇｈａｉ，ＦＡＮ Ｄｏｎｇｈｏｎｇ，ＬＵ Ａｎｓｈａｎ，ｅｔ ａ１．Ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｄｒｏｐ ｈｕｍａｎｂｏｄｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅ— ｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳ１８Ｂ２０ ｌ Ｊ Ｉ．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆Ｉｎ— ｓｔｕｍｅｎｔｒａｔｉｏｎ，２０１０，２５（２）：２０－２２ 参考文献 Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ 陆安山，龚文锋．快速多点体温检测系统的研 ［６］ 包敬海，究［Ｊ］．自动化仪表，２０１０，３１（６）：６７－７２ ＢＡＯ Ｊｉｎｇｈａｉ，ＬＵ Ａｎｓｈａｎ，ＧＯＮＧ Ｗｅｎｆｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｆａｓｔ ｍｕｈｉｐｌｅ－－ｐｏｉｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｂｏｄｙ ｔｅｍｐｅｒａ・－ ［１］ 中国气象局．地面气象观测规范［Ｓ］．北京：气象出版 社，２００３ Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｕｒｅ Ｊ Ｊ Ｉ．Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，２０１ ０，３ １ （６）：６７－７２ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ［ｓ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｅｓｓ，２００３ 杨定安，宋晓光．步进电机的控制原理及其单 ［７］ 丁伟雄，片机控制实现［Ｊ］．煤矿机械，２００５（６）：１２７—１２９ ＤＩＮＧ Ｗｅｉｘｉｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｄｉｎｇａｎ，ＳＯＮＧ Ｘｉａｏｇｕａｎｇ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ＳＣＭ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ［２］ 冯讷敏．雨量仪器综述［Ｊ］．水利水文自动化，１９９６ （３）：１—６ ＦＥＮＧ Ｎｅｍｉｎ．Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｒａｉｎｇａｕｇｅ ＩＪ １．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，１９９６（３）：１－６ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ［Ｊ］．Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００５（６）：１２７— １２９ ［３］ 渠晓峰．超声波液体密度测量仪的研究与开发［Ｄ］． 保定：华北电力大学控制与计算机工程学院，２００８ ＱＵ Ｘｉａｏｆｅｎｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ［８］ 袁忠．基于单片机的步进电机控制应用［Ｊ］．制造业自 动化，２００９，３１（３）：１１２—１１５ ＹＵＡＮ Ｚｈｏｎｇ．Ｓｔｅｐ—ｂｙ－ｓｔｅｐｓ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｌｉｑｕｉｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｓｅｎｓｏｒ［Ｄ］．Ｂａｏｄｉｎｇ：Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｙｂｅｒｎｅｔ— ｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏａｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗ— ｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒ－ ｃｕｉｔ［Ｊ］．Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２００９，３１（３）： １１２一ｌ１５ ［４］ 焦冰，唐慧强．基于ＡＲＭ的一体式超声液位计的设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒ ＺＨＡＮＧ Ｚｉｊｉａ ＧＵＩ Ｊｉｎｊｕａｎ １ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４４ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ，ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎｄ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｒａｉｎｆａｌ１．Ｎｅｗｌｙ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｏｒ ｉｎ—ｓｅｒｖｉｃｅ ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ａｌｌ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｃｈｅｃｋｅｄ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｙｅｔ ｔｈｅ ｍａｎｕａｌ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｎｏｔ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｓｏｕｔｉｔｓ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ｈａｒｄ ｔｏ ｇｕａｒ－ ａｎｔｅｅ．Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎ，ｗｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｐｏｒｔａｂｌｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒ．Ｉｔ ｕｓｅｓ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｔｈｅ ｓｔｅｐｐｅｒ ｍｏｔｏｒ ｔｏ ｒｅｇｕｌａｔｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｆｌｏｗ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｔｈｕｓ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｅｖｅｎｌｙ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｔ ｖｉａ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｒａｉｎｆａｌ１．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ｃａｌｃｕ— ｌａｔｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｅｔ ｖａｌｕｅｓ．Ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｗｅ ｕｓｅ ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｉｍｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ＣＰＵ ｒｅａｃｈｅｓ ５０ ＭＨｚ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｌｉｂｒａｔｏｒ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ａｎｄ ｃａｎ ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉ－ ｃａｌ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍｅａｓｔ１ｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒ；ｐｌｕｖｉｏｍｅｔｅｒ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ／ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ