基于卡尔曼滤波的降雨起止时间手机远程监测装置研制

• 作者: 周平 杨启良 李加念 杨具瑞 韩焕豪 刘小刚 熊凯
• 来源期刊: 农业工程学报
• 关键词: 卡尔曼滤波 传感器 手机 降雨 起止时间 远程监测
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 农业信息与电气技术|Agricultural Information and Electrical Technologies
• 页码范围: 196-208
• 页数: 13页
• 分类号: TP212.6
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.2.023

摘要

为解决设施农业的降雨监测系统难以精准检测降雨起止信号的问题,研制了一种降雨起止时间远程监测装置.该装置主要由雨水感应模块、雨水检测电路、单片机、通用分组无线电系统数据传输单元模块(General Packet Radio System Data Transmission Unit,GPRS DTU)、串口通信电路和手机端APP组成.通过自行设计的雨水感应模块检测降雨过程,利用卡尔曼滤波器降低雨水检测信号的电阻热噪声干扰,根据滤波后的信号差值建立降雨起止信号判别模型,判定的降雨起止信号经通用分组无线电系统(General Packet Radio System,GPRS)远程无线传输至云服务器,并以云服务器的同步时间作为基准时间,实现了手机远程监测降雨起止时间.开展装置性能测试试验,研究其稳定性、准确性与可靠性,结果表明:1)降雨起止信号判别模型的判别周期取10 s最优;2)室内测试时的降雨起止信号错报率为1.2％,手机接收成功率为100％;3)雨水感应模块的导线末端间距为2 mm、基板间夹角为120°是能检测小雨及以上等级的最优参数组合.将装置安装于开阔的楼顶天台开展实测验证试验,结果表明:装置对降雨开始与停止时间的检测误差范围分别为7～34、9～29 s,室外仅出现1次错报,信号错报率为5.9％,符合对自然降雨过程的检测要求.该装置能远程监测降雨起止时间,可为今后进一步研究农业智能感雨监测系统提供技术支持和理论依据.