曹春號(hào)，楊啟良，李加念，劉小剛，喻黎明

自動(dòng)擋雨預(yù)警推送蒸發(fā)器手機(jī)在線控制裝置研制

曹春號(hào)，楊啟良※，李加念，劉小剛，喻黎明

（昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，昆明 650500）

為消除蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量檢測(cè)過程中因天然降雨對(duì)檢測(cè)結(jié)果的不利影響。在脈沖式蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量手機(jī)在線檢測(cè)裝置基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)擋雨裝置和天氣預(yù)警及其擋雨裝置是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的推送功能。該裝置通過個(gè)推軟件工具開發(fā)包實(shí)現(xiàn)了預(yù)警推送功能，并采用雨水傳感器感應(yīng)板輸出的電信號(hào)變化感知是否出現(xiàn)降雨情況，實(shí)現(xiàn)了擋雨蓋遮擋和移除的智能控制。結(jié)果表明：1）裝置運(yùn)行可靠，60次試驗(yàn)中，擋雨蓋完全遮擋和回到初始位置、擋雨和移除擋雨蓋成功后，收到反饋消息的成功率均為98.3%；2）裝置運(yùn)行穩(wěn)定，支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的理論角度與實(shí)測(cè)角度的絕對(duì)誤差范圍為1.6°～3.5°，最大相對(duì)誤差為4.1%，最小相對(duì)誤差為1.9%。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置適應(yīng)性較強(qiáng)，性能良好，支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的理論角度與實(shí)測(cè)角度的最大絕對(duì)誤差為3.4°?？梢?，該裝置不僅通過降雨感知進(jìn)行擋雨，而且可以通過手機(jī)在線控制，查看降雨天氣預(yù)警、擋雨蓋完全遮擋蒸發(fā)器和回到初始位置是否成功的推送消息，提高了蒸發(fā)器擋雨操作的智能化水平，解決了蒸發(fā)器蒸發(fā)量檢測(cè)過程中因降雨造成檢測(cè)失敗的突出問題。該研究為智能擋雨和消息推送技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能設(shè)備研發(fā)中的應(yīng)用提供了新思路。

蒸發(fā)；傳感器；降雨；蒸發(fā)器；預(yù)警推送；擋雨蓋；智能擋雨

0 引 言

蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量研究能為氣象數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)、水資源評(píng)價(jià)、農(nóng)作物的精準(zhǔn)灌溉提供科學(xué)依據(jù)[1]，但蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量檢測(cè)結(jié)果受降雨影響的突出問題已引起諸多學(xué)者的普遍關(guān)注，主要體現(xiàn)在使蒸發(fā)量的檢測(cè)值為負(fù)值、偏小和偏大3個(gè)方面，其中，王積強(qiáng)等[2]提出暴雨天氣因“濺水誤差”存在，常出現(xiàn)“負(fù)蒸發(fā)”的情況。郝梅等[3-4]提出在降雨天氣蒸發(fā)量出現(xiàn)負(fù)值是由于落入蒸發(fā)器的雨量小于初始水位值但大于蒸發(fā)量。陳天珠[5]提出強(qiáng)降雨天氣，濺水不平衡，會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)量檢測(cè)結(jié)果偏小，并提出設(shè)置防濺水圈罩，但此方法并沒有在實(shí)踐中應(yīng)用，且在應(yīng)用中需在降雨前后多次往返試驗(yàn)場(chǎng)地，自動(dòng)化程度較低。曹春號(hào)等[6]研制了一種脈沖式蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量手機(jī)在線檢測(cè)裝置，并提出在檢測(cè)水面蒸發(fā)量的過程中，因受降雨影響導(dǎo)致測(cè)定值比真實(shí)值偏小。李春玲[7]根據(jù)汛期降水集中且強(qiáng)度大的特點(diǎn)，分析得出大雨滴將蒸發(fā)器內(nèi)部的水濺出，導(dǎo)致蒸發(fā)量測(cè)得值偏大。胡微[8]利用公式推導(dǎo)的方式，減少降雨天氣蒸發(fā)量的觀測(cè)誤差，但由于計(jì)算復(fù)雜和相關(guān)參數(shù)的可靠性較差，導(dǎo)致在實(shí)際蒸發(fā)量檢測(cè)中適用性較差。孫景春[9]分析了運(yùn)用蒸發(fā)器觀測(cè)水面蒸發(fā)量時(shí)大雨滴引發(fā)濺水的問題，并針對(duì)濺水問題提出了相應(yīng)的設(shè)想，但并沒有進(jìn)行實(shí)際的驗(yàn)證。黃錦速等[10]研究發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)降雨天氣通過對(duì)蒸發(fā)器加蓋，能有效防止蒸發(fā)量測(cè)量失效。林梅香[11]通過在強(qiáng)降雨天氣，對(duì)蒸發(fā)器加蓋和不加蓋兩種不同情況下蒸發(fā)量進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，對(duì)蒸發(fā)器加蓋可有效地避免蒸發(fā)量偏大或測(cè)量失效，保持蒸發(fā)量的完整性及準(zhǔn)確性。雖然以上學(xué)者針對(duì)天然降雨對(duì)蒸發(fā)器蒸發(fā)量檢測(cè)結(jié)果的不利影響進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的設(shè)想或具體措施，但都不可避免地受到降雨的影響，且智能化水平低。目前，消息推送技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并取得了較好的效果[12-16]，因此，通過消息推送技術(shù)和降雨的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)可以提前做好擋雨的準(zhǔn)備工作?；诖耍狙芯垦兄凭哂凶詣?dòng)擋雨和預(yù)警推送功能的蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量在線檢測(cè)裝置，解決傳統(tǒng)檢測(cè)裝置受降雨影響導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果失敗及降雨前后需數(shù)次前往試驗(yàn)場(chǎng)地加蓋和移除等操作等突出問題，實(shí)現(xiàn)降雨天氣的在線預(yù)警功能和擋雨裝置操作成功與否的消息反饋推送，消除降雨天氣對(duì)蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量檢測(cè)結(jié)果的不利影響，為蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量的精準(zhǔn)檢測(cè)提供新的思路和方法。

1 裝置總體方案設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)要求

擋雨裝置應(yīng)用需滿足4點(diǎn)要求：1）能根據(jù)本地天氣預(yù)報(bào)狀況，提前對(duì)降雨天氣發(fā)出預(yù)警通知；2）運(yùn)行過程穩(wěn)定可靠；3）在進(jìn)行自動(dòng)擋雨或移除擋雨蓋操作后，操作成功與否的結(jié)果可推送至手機(jī)端；4）可進(jìn)行擋雨操作的自動(dòng)和在線控制。

1.2 裝置擋雨工作原理

降雨自動(dòng)檢測(cè)采用的是雨水傳感器（深圳市天士凱電子有限公司，工作電壓5 V），該傳感器利用雨水的導(dǎo)電性，將電路的通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，通過電壓信號(hào)的變化判別是否發(fā)生降雨，由于該傳感器感應(yīng)板面積較小，為增加雨水滴落檢測(cè)的成功率，使用20個(gè)雨水傳感器，并將其并聯(lián)。

未檢測(cè)到雨水滴落到傳感器感應(yīng)板表面時(shí)，傳感器輸出為高電平，裝置的檢測(cè)狀態(tài)如圖1a所示，當(dāng)檢測(cè)到雨水滴落到傳感器感應(yīng)板表面時(shí)，如圖1b所示，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)84.6°，使擋雨蓋處于蒸發(fā)器的正上方。

1. 擋雨蓋 2. 蒸發(fā)器 3. 行程開關(guān) 4. 觸桿

轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精確控制通過行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)，裝置每次進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，都要先逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)觸桿觸碰到行程開關(guān)進(jìn)行復(fù)位操作后，再逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)所需的角度。

此外，操作人員也可通過手機(jī)app，發(fā)送擋雨或移除擋雨蓋指令，進(jìn)行擋雨或移除擋雨蓋的遠(yuǎn)程在線操作。

1.3 消息推送原理

為保證消息推送的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，借助個(gè)推軟件開發(fā)工具包（software development kit，SDK）實(shí)現(xiàn)消息推送，個(gè)推是專業(yè)的為開發(fā)者提供消息推送解決方案的推送技術(shù)服務(wù)商[17-22]，個(gè)推SDK具有簡(jiǎn)單易集成、應(yīng)用程序編程接口（application programming interface，API）調(diào)用靈活、高并發(fā)高吞吐、穩(wěn)定高效低延時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，因此在智能手機(jī)軟件開發(fā)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[23-25]。其推送原理如圖2所示，其中，CID為客戶端軟件的唯一標(biāo)識(shí)。

基于TCP協(xié)議，個(gè)推服務(wù)器與物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器之間保持長(zhǎng)連接，為保證消息推送和操作系統(tǒng)安全，設(shè)備標(biāo)記（deviceToken）是經(jīng)過蘋果推送通知服務(wù)（apple push notification service，APNs）加密后生成的，且在推送消息時(shí)，手機(jī)客戶端不在線時(shí)，只與APNs保持長(zhǎng)連接，由APNs負(fù)責(zé)消息的轉(zhuǎn)送傳達(dá)，在線時(shí)，與個(gè)推服務(wù)器之間保持長(zhǎng)連接，直接將消息推送至客戶端。

注：SDK為軟件工具開發(fā)包；CID為客戶端軟件的唯一標(biāo)識(shí)；APNs為蘋果推送通知服務(wù)。

2 裝置硬件改進(jìn)

2.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

為增加擋雨功能，降低成本，增強(qiáng)裝置的實(shí)用性，在曹春號(hào)等[6]已研發(fā)設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了如圖3所示的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)臂和觸桿固定在支撐桿上，觸桿下方固定有軸承，用以保證支撐桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，不會(huì)發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象。支撐桿的順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)由 57BYG250B 步進(jìn)電機(jī)（步距角1.8°）驅(qū)動(dòng)，支撐桿穿過軸承與57BYG250B步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)軸由聯(lián)軸器連接固定，行程開關(guān)安裝在與觸桿平行的同一平面位置，觸桿在支撐桿的帶動(dòng)下可準(zhǔn)確地觸碰到行程開關(guān)的觸點(diǎn)。

2.2 旋轉(zhuǎn)控制

選用57BYG250B步進(jìn)電機(jī)（工作電壓9 V，相電流3.0 A）驅(qū)動(dòng)支撐桿旋轉(zhuǎn)，由A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)[26]。

所需轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、步距角和脈沖個(gè)數(shù)之間的關(guān)系為

N=R/S（1）

式中N為脈沖個(gè)數(shù)；R為步進(jìn)電機(jī)所需轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，（°）；S為步距角，（°）。57BYG250B步進(jìn)電機(jī)需轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為84.6°，其步距角為1.8°，經(jīng)計(jì)算可知，需要的脈沖個(gè)數(shù)為47個(gè)。A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的細(xì)分參數(shù)可以通過該元件上的3個(gè)引腳MS1、MS2、MS3進(jìn)行調(diào)節(jié)[27-32]，如表1所示，3個(gè)引腳均設(shè)置為低電平，即57BYG250B步進(jìn)電機(jī)在全步進(jìn)模式下驅(qū)動(dòng)支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)即可。

1.57BYG250B 步進(jìn)電機(jī) 2.聯(lián)軸器 3.行程開關(guān) 4.軸承 5.觸桿 6.旋轉(zhuǎn)臂 7.擋雨蓋 8.支撐桿

表1 不同微步分辨率時(shí)MS1-MS3引腳的電平狀態(tài)

3 底層軟件與手機(jī)端軟件改進(jìn)

在編譯器Arduino 1.8.1中運(yùn)用C語言編寫擋雨與移除擋雨蓋函數(shù)代碼，并進(jìn)行封裝，以便手機(jī)端程序發(fā)送擋雨指令或雨水傳感器感應(yīng)板檢測(cè)到雨滴滴落后調(diào)用擋雨函數(shù)，待手機(jī)端程序發(fā)送移除擋雨蓋指令或雨水傳感器感應(yīng)板變干后，調(diào)用移除擋雨蓋函數(shù)。手機(jī)端程序在Xcode 9.4.1中使用Objective-C語言調(diào)用指令發(fā)送函數(shù)，并傳遞相應(yīng)的指令參數(shù)。其程序流程圖如圖4所示。

在每次進(jìn)行擋雨或移除擋雨蓋操作后，裝置都會(huì)向物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器發(fā)送消息反饋操作成功與否的結(jié)果，數(shù)據(jù)格式為腳本對(duì)象表示符號(hào)（javascript object notation，JSON），物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器通過解析封裝消息內(nèi)容，將消息傳送給個(gè)推服務(wù)器，個(gè)推服務(wù)器與個(gè)推SDK根據(jù)CID進(jìn)行通信，將消息推送至手機(jī)端軟件。服務(wù)器定時(shí)調(diào)用天氣預(yù)報(bào)的公共API，接收返回結(jié)果并解析，若結(jié)果判定為降雨天氣，則向手機(jī)端軟件推送降雨預(yù)警，方便蒸發(fā)量檢測(cè)人員提前做好擋雨準(zhǔn)備。

圖4 擋雨操作程序流程圖

4 裝置性能測(cè)試

4.1 試驗(yàn)材料和裝置

試驗(yàn)水樣為自來水，將其盛放到150 mL量筒中。接入220 V電源使裝置正常開機(jī)復(fù)位，處于蒸發(fā)量檢測(cè)狀態(tài)，擋雨蓋停留在初始位置。試驗(yàn)開始前，將雨水傳感器感應(yīng)板表面擦干，保證是干燥無水、無塵狀態(tài)，同時(shí)檢查并保證WiFi信號(hào)質(zhì)量正常。試驗(yàn)裝置如圖5所示。

1.20個(gè)雨水傳感器 2.交流轉(zhuǎn)直流電源模塊 3.滴管 4.150 mL量筒 5.量角尺

4.2 試驗(yàn)方法

裝置的性能通過以下3個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證：1）收到擋雨指令或雨水傳感器感應(yīng)板上有水滴落，通過人工觀察擋雨蓋能否對(duì)蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)完全遮擋，并觀察接收到移除擋雨蓋指令或?qū)⒏袘?yīng)板擦干，擋雨蓋能否回到初始位置；2）擋雨蓋處于蒸發(fā)器正上方或回到初始位置后，查看手機(jī)端軟件是否接收到操作成功的反饋消息推送；3）支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的理論角度和實(shí)測(cè)角度對(duì)比分析。

4.2.1 擋雨裝置的運(yùn)行試驗(yàn)

擋雨蓋完全遮擋蒸發(fā)器的成功率為

R=/×100% （1）

式中R為擋雨蓋完全遮擋蒸發(fā)器的成功率，%；為擋雨蓋完全遮擋蒸發(fā)器的成功總次數(shù)；為水滴落到傳感器感應(yīng)板表面或發(fā)送擋雨指令的總次數(shù)。

手機(jī)app發(fā)送移除擋雨蓋指令或雨水傳感器表面變干，擋雨蓋回到初始位置的成功率為

C=/×100% （2）

式中C為手機(jī)app發(fā)送移除擋雨蓋指令或雨水傳感器表面變干，擋雨蓋回到初始位置的成功率，%；為擋雨蓋回到初始位置成功的總次數(shù)；為手機(jī)app發(fā)送移除擋雨蓋指令或把雨水傳感器表面擦干的總次數(shù)。

擋雨蓋處于蒸發(fā)器正上方后，手機(jī)app接收到擋雨成功的反饋消息推送的成功率為

Q=/×100% （3）

式中Q為擋雨蓋處于蒸發(fā)器正上方后，手機(jī)app接收到擋雨成功的反饋消息推送的成功率，%；為收到擋雨成功反饋消息推送的總次數(shù)；為擋雨蓋處于蒸發(fā)器正上方的總次數(shù)。

擋雨蓋回到初始位置后，手機(jī)app接收到移除擋雨蓋成功的反饋消息推送的成功率為

G=/×100% （4）

式中G擋雨蓋回到初始位置后，手機(jī)app接收到移除擋雨蓋成功的反饋消息推送的成功率，%；為手機(jī)app收到移除擋雨蓋反饋消息推送的總次數(shù)；為擋雨蓋回到初始位置的總次數(shù)。

4.2.2 擋雨裝置運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性試驗(yàn)

對(duì)20個(gè)雨水傳感器進(jìn)行編號(hào)，用滴管依次將水滴滴到每個(gè)雨水傳感器的感應(yīng)板或發(fā)送擋雨指令，觀察擋雨蓋能否成功移動(dòng)至蒸發(fā)器的正上方，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器的完全遮擋。之后，再將雨水傳感的感應(yīng)板擦干或發(fā)送移除擋雨蓋指令，觀察擋雨蓋能否成功回到初始位置。在每次消息擋雨蓋回到初始位置或完全遮擋蒸發(fā)器之后，查看手機(jī)app是否收到操作成功的推送消息，并檢驗(yàn)推送結(jié)果是否正確。

由于步進(jìn)電機(jī)自身具有會(huì)發(fā)生失步現(xiàn)象的特性，需要在進(jìn)行擋雨操作后，將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)支撐桿旋轉(zhuǎn)的理論角度與實(shí)測(cè)角度進(jìn)行對(duì)比分析，并查看在擋雨蓋是否對(duì)蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)了完全遮擋。

4.3 結(jié)果與分析

4.3.1 裝置運(yùn)行可靠性檢驗(yàn)

裝置運(yùn)行結(jié)果如表2所示。對(duì)20個(gè)雨水傳感器，3個(gè)重復(fù)試驗(yàn)共60個(gè)試驗(yàn)過程中，擋雨蓋完全遮擋蒸發(fā)器測(cè)試試驗(yàn)，擋雨蓋實(shí)現(xiàn)完全遮擋蒸發(fā)器的成功次數(shù)為59次，成功率為98.3%，擋雨蓋處于蒸發(fā)器正上方后，手機(jī)app接收到擋雨成功的反饋消息推送的次數(shù)為59次，成功率為98.3%。擋雨蓋回到初始位置測(cè)試試驗(yàn)中，擋雨蓋回到初始位置的成功次數(shù)為59次，成功率為98.3%，擋雨蓋回到初始位置后，手機(jī)app接收到移除擋雨蓋成功的反饋消息推送的次數(shù)為59次，成功率為98.3%，說明裝置運(yùn)行可靠。5號(hào)雨水傳感器的1次試驗(yàn)，擋雨蓋沒能完全遮擋蒸發(fā)器或回到初始位置的原因可能是WiFi網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量變差，也可能是雨水傳感器靈敏度不夠造成的。

表2 擋雨裝置運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果

4.3.2 裝置運(yùn)行穩(wěn)定性分析

裝置運(yùn)行穩(wěn)定性分析見表3，由表可知，理論角度與實(shí)測(cè)角度的最大絕對(duì)誤差為3.5°，最小絕對(duì)誤差為1.6°，最大相對(duì)誤差為4.1%，最小相對(duì)誤差為1.9%，且擋雨蓋均對(duì)蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)了完全遮擋，說明裝置運(yùn)行穩(wěn)定。產(chǎn)生誤差的原因可能是由于步進(jìn)電機(jī)發(fā)生失步現(xiàn)象。

表3 支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的理論角度與實(shí)測(cè)角度誤差分析

5 田間試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證該裝置的可靠性與適應(yīng)性，田間試驗(yàn)于2019年3月1日—3月14日在昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院校內(nèi)試驗(yàn)基地進(jìn)行。將裝置放置在露天環(huán)境的固定位置，天氣晴朗時(shí)，每天前往試驗(yàn)場(chǎng)地查看擋雨蓋是否處在初始位置，待出現(xiàn)降雨天氣，從手機(jī)端查看是否收到擋雨成功的反饋信息，前往試驗(yàn)場(chǎng)地查看擋雨蓋是否對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行了完全遮擋，測(cè)量支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際角度，并記錄。待天氣晴朗，手機(jī)端收到擋雨蓋移除成功反饋后，再次前往查看雨水傳感器感應(yīng)板是否已經(jīng)變干且擋雨蓋回到了初始位置。試驗(yàn)完成后，將14 d所測(cè)得的支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的理論角度與實(shí)測(cè)角度進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果如表4所示，支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的理論角度與實(shí)測(cè)角度的最大誤差為3.4°。且每次降雨天氣，都會(huì)提前收到降雨天氣預(yù)警，擋雨蓋都能對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行完全遮擋，晴朗天氣，雨水傳感器表面變干，擋雨蓋又會(huì)完全移除，處在初始位置，在操作成功之后，手機(jī)app端均會(huì)接收到來自裝置的操作成功反饋消息推送。

表4 擋雨裝置田間試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié) 論

本文在脈沖式蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量手機(jī)在線檢測(cè)裝置基礎(chǔ)上，基于雨水傳感器，集成個(gè)推軟件工具開發(fā)包，研制了能進(jìn)行自動(dòng)和手機(jī)在線擋雨控制的裝置。該裝置在擋雨或移除擋雨蓋成功后，能將操作成功的消息推送至手機(jī)軟件，且提前將降雨天氣的預(yù)警消息推送至手機(jī)app端，為蒸發(fā)器蒸發(fā)量檢測(cè)人員提供未來降雨的有效信息。

1）該裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠：支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的理論角度與實(shí)測(cè)角度的最大絕對(duì)誤差為3.5°，最小絕對(duì)誤差為1.6°，最大相對(duì)誤差為4.1%，最小相對(duì)誤差為1.9%，擋雨蓋完全遮擋蒸發(fā)器和擋雨蓋回到初始位置的成功率均為98.3%。反饋消息推送可靠，擋雨和移除擋雨蓋操作成功后，收到反饋消息的成功率均為98.3%。

2）田間試驗(yàn)結(jié)果表明，降雨預(yù)警功能效果較好，本裝置可以適應(yīng)田間蒸發(fā)器蒸發(fā)量檢測(cè)的在線和自動(dòng)擋雨控制，支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)的理論角度與實(shí)測(cè)角度之間的最大絕對(duì)誤差為3.4°。

由于本文所設(shè)計(jì)的擋雨裝置支撐桿旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源自步進(jìn)電機(jī)，難免造成失步現(xiàn)象，因此后續(xù)將使用伺服電機(jī)，采用閉環(huán)算法開展研究。

[1] 沈冰，黃紅虎. 水文學(xué)原理[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.

[2] 王積強(qiáng)，陸旭，劉巽民. 中國(guó)水面蒸發(fā)器的發(fā)展簡(jiǎn)史與相關(guān)技術(shù)問題探討[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督，2011，19(3)：9－11，39.

[3] 郝梅. 小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量測(cè)定為負(fù)值的原因[J]. 廣東氣象，2005(3)：48.

[4] 葉海寧，陶炳新，黃宏英. 小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量測(cè)定為負(fù)值的原因及改進(jìn)措施[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010(18)：31.

[5] 陳天珠. E601型蒸發(fā)器改進(jìn)安裝方式及濺水影響的初步試驗(yàn)研究[J]. 水文，1981(5) ：24－28.

[6] 曹春號(hào)，楊啟良，李加念，等. 脈沖式蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量手機(jī)在線檢測(cè)裝置研制[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(1)：106－113. Cao Chunhao, Yang Qiliang, Li Jianian, et al. Design of water surface evaporation on-line detection device of pulse type evaporator[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(1): 106－113. (in Chinese with English abstract)

[7] 李春玲. 小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量偏大的原因[J]. 氣象水文海洋儀器，2009，26(3)：146－147. Li Chunling. The reason of large evaporation in small evaporator[J]. Meteorological, Hydrological and Marine Instruments, 2009, 26(3): 146－147. (in Chinese with English abstract)

[8] 胡微. 淺談特殊雨情下E-601型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量計(jì)算[J]. 陜西水利，2011(5)：148－150.

[9] 孫景春. 大雨濺水影響E_(601)蒸發(fā)器蒸發(fā)量問題的探討[J]. 吉林水利，2000(11)：4.

[10] 黃錦速，李小紅，蔡偉坤，等. 蒸發(fā)器加蓋觀測(cè)方法及其效果研究[J]. 氣象水文海洋儀器，2014，31(2)：39－41. Huang Jinsu, Li Xiaohong, Cai Weikun, et al. Observation methods of evaporator stamped and its effect study[J]. Meteorological, Hydrological and Marine Instruments, 2014, 31(2): 39－41. (in Chinese with English abstract)

[11] 林梅香. 淺談?dòng)袕?qiáng)降水時(shí)小型蒸發(fā)器加蓋的意義[J]. 廣西氣象，2006(2)：58. Lin Meixiang. Preliminary discussion for the significance of capping on the small evaporator when the strong precipitation occurring[J]. Journal of Guangxi Meteorology, 2006, (2): 58. (in Chinese with English abstract)

[12] 李淑華，郝星耀，周清波，等. 基于Web的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)推送設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(15)：133－139. Li Shuhua, Hao Xingyao, Zhou Qingbo, et al. Design and development of real time data push in web-based automatic irrigation control system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(15): 133－139. (in Chinese with English abstract)

[13] Fulcher A, Chong J H, White S A, et al. Developing a mobile application as an extension education tool: A case study using IPMPro[J]. Acta Cardiologica, 2013, 23(4): 363－81.

[14] Sharma R, Kumar A, Pandey P S, et al. Krishikosh: A digital repository to disseminate agricultural knowledge[J]. Indian Journal of Agricultural Siences, 2018, 88(5): 757－765.

[15] Kyaw T Y, Ng A K. Smart aquaponics system for urban farming[J]. Energy Procedia, 2017, 143: 342－347.

[16] Fulcher A, Chong J H, White S A, et al. Testing, promoting, and launching a mobile application as an extension tool: A case study with IPMPro[J]. Horttechnology, 2013, 23(4): 407－410.

[17] 楊立揚(yáng)，成國(guó)強(qiáng). 基于個(gè)推消息推送系統(tǒng)的手機(jī)遙控器技術(shù)研究[J]. 無線互聯(lián)科技，2017，(23)：142－144. Yang Liyang, Cheng Guoqiang. Study on mobile phone remote control technology based on getui message push system[J]. Wireless Internet Technology, 2017, (23): 142－144. (in Chinese with English abstract)

[18] 李立，李柳音. 數(shù)用“個(gè)旅”，游有智慧 以個(gè)推大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，助力智慧旅游發(fā)展[J]. 信息化建設(shè)，2017(3)：50－51.

[19] 鐘石根，張良杰. 基于個(gè)推的“好售平臺(tái)”聊天推送功能的實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014，17(20): 57－58.

[20] 黃園. 基于圖像的車內(nèi)生命體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 南昌：江西師范大學(xué)，2017.Huangyuan. Design and Implementation of An In-car Life Detection System Based on Image[D]. Nanchang: Jiangxi Normal University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[21] 高敏花. 工業(yè)遠(yuǎn)程故障診斷與維護(hù)系統(tǒng)研究[D]. 包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2015. Gao Minhua. Research on Fault Diagnosis and Maintenance System in Industrial Remote Control[D]. Baotou: Inner Mongolia University of Science and Technology, 2015. (in Chinese with English abstract)

[22] 田潤(rùn)亞. 藥品網(wǎng)絡(luò)銷售系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D]. 南京：東南大學(xué)，2017. Tian Runya. Design and Development of Online Medical Sales System[D]. Nanjing: Southeast University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[23] 賴正華. 基于Android和移動(dòng)GIS的智能交通輔助系統(tǒng)[D].貴陽：貴州大學(xué)，2015. Lai Zhenghua. Intelligent Traffic Assistant System Based on Android and Mobile GIS[D]. Guiyang: Guizhou University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[24] 周軒. 基于Android的汽車4S店服務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京：北京工業(yè)大學(xué)，2017. Zhou Xuan. The Design and Implementation of Auto 4S Shop Service Management System Based on Android[D]. Beijing: Beijing University of Technology, 2017. (in Chinese with English abstract)

[25] 李向前. 基于iOS的物流撮合交易系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2018. Li Xiangqian. Design and Implementation of Logistics Matching Transaction System Based on iOS[D]. Beijing: Beijing University of Posts and Telecommunications, 2018. (in Chinese with English abstract)

[26] 孫駿榮，蘇海永. 用 Arduino 全面打造物聯(lián)網(wǎng)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2016.

[27] 嚴(yán)天辰，董昭陽，尹振紅. 智能課桌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2018，17(19)：72－73.

[28] 李天成. 基于總線控制技術(shù)的光纖定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2017. Li Tiancheng. Design of Multi-motor Distributed Control System for Optical Fibers Positioning Based on CAN Bus[D]. Hefei: China University of Science and Technology, 2017. (in Chinese with English abstract)

[29] 李秋實(shí). 3D打印控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2016. Li Qiushi. Control Scheme Design and Implementation of 3D Printing[D]. Wuhan: Hubei University of Technology, 2013. (in Chinese with English abstract)

[30] 藍(lán)杰，張浩然. 基于STM32的微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34(1)：43－46. Lan Jie, Zhang Haoran. Design of micro stepping motor drive controller based on STM32[J]. Microcomputer & Its Applications, 2015, 34(1): 43－46. (in Chinese with English abstract)

[31] 譚秀騰，郭小定，李小龍，等. 基于ARM的桌面型3D打印機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 應(yīng)用科技，2014，41(5)：57－61，66. Tan Xiuteng, Guo Xiaoding, Li Xiaolong, et al. Design of desktop 3D printer control system based on ARM[J]. Applied Science and Technology, 2014, 41(5): 57－61, 66. (in Chinese with English abstract)

[32] 汪靜. 金屬高能脈沖熔積快速成型系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 銀川：寧夏大學(xué)，2014. Wangjing. A Metal High-Energy Pulse Deposition Rapid Prototyping System Research on Key Technology[D]. Yinchuan: Ningxia University, 2014.

Design of mobile phone on-line control device for evaporator with automatic rainproof and early warning push function

Cao Chunhao, Yang Qiliang※, Li Jianian, Liu Xiaogang, Yu Liming

(650500,)

In this research, in order to eliminate the adverse effect of rainfall weather on the detection results of evaporator water surface evaporation, a mobile phone on-line control device for evaporator based on automatic rainproof and early warning push function was designed. The device consists of 57BYG250B stepper motor, coupler, limit switch, bearing, touch rod, rotating arm, 20 rain sensors and rain cover. The rotating arm and the touch rod were fixed on the supporting rod, and a bearing was fixed below the touch rod to ensure that the supporting rod would not flutter when it rotated. The clockwise and counterclockwise rotation of the supporting rod were driven by 57BYG250B stepper motor. The drive shaft of the supporting rod passing through the bearing and the 57BYG250B stepper motor were connected and fixed by the coupler. The limit switch was installed in the same plane position and parallel to the touch rod. A rotating arm was fixed on the supporting rod, and the rain cover was installed on the rotating arm. The output shaft of 57BYG250B stepper motor was connected with the supporting rod through the coupler. 20 rain sensors were connected in parallel to automatically detect whether there is rainfall by judging if the rain sensors output low level. The rotation of 57BYG250B stepper motor drove the rain cover to completely shield the evaporator and returned to its initial position. The data transmission format between Internet of Things server and push server, Internet of Things server and mobile app, Internet of Things server and the device developed is JSON. The Internet of Things server was called public API of weather forecast regularly, and the mobile terminal integrated GeTui SDK for rainfall warning, evaporator completely-shielded and backed to initial position. The MCU program uses C language to compile the code of rainproof and removal of rain cover, and encapsulates it. The mobile program sent rainproof instructions or the rain sensor detected rainwater falling on the surface of the sensor, which would call the rainproof function. When the mobile program issued a rain-shield removal instruction or the rain sensor was dried, the rain-cover removal function was produced. The mobile program called the instruction sending function in Objective-C language and passed the corresponding instruction parameters. The stability and reliability of the device were verified by testing the performance of 20 rain sensors and 57BYG250B stepper motor. The results showed that 1) the device was reliable in operation. In 60 tests, the success rate of complete shelter and returning to the initial position of the rain shield was 98.3%; 2) the operation of the device was stable, and the error range of the theoretical angle of the support rod rotation and the measured angle was 1.6°-3.5°, the maximum relative error was 4.1%, and the minimum relative error was 1.9%; 3) In the reliable test of 60 message pushes, the success rate of receiving feedback messages was 98.3% after the rain and the rain cover were removed successfully. Field test results showed that 5 days in 14 days are rainy days. The rain warning message has been

before it rains. The device has strong adaptability and good performance and its maximum error range was 3.4°. The device could not only automatically passes perception of rainfall to rainproof, but also be operated online by mobile phone to give early warning notice for rainy weather. The successful push message of the evaporator completely blocked by the rain cover and returned to the initial position, which improved the intelligent level of the evaporator rainproof operation. This research provided new ideas for the application of intelligent rainproof technology and message push technology in the development of agricultural intelligent equipment.

evaporation; sensors; precipitation; evaporator; warning push; rain cover; intelligent rainproof

2019-04-23

2019-07-05

國(guó)家自然科學(xué)基金（51779113）；云南省教育廳科學(xué)研究基金研究生項(xiàng)目（2019Y0032）

曹春號(hào)，主要從事農(nóng)業(yè)智能化檢測(cè)與控制技術(shù)研究。Email：751627024@qq.com

楊啟良，教授，博士，主要從事高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用研究。Email：yangqilianglovena@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.016

TP212.6

A

1002-6819(2019)-16-0145-07

曹春號(hào)，楊啟良，李加念，劉小剛，喻黎明.自動(dòng)擋雨預(yù)警推送蒸發(fā)器手機(jī)在線控制裝置研制[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(16)：145－151. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.016 http://www.tcsae.org

Cao Chunhao, Yang Qiliang, Li Jianian, Liu Xiaogang, Yu Liming. Design of mobile phone on-line control device for evaporator with automatic rainproof and early warning push function[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(16): 145－151. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.016 http://www.tcsae.org