一、产品简介
XF-CQ10能见度传感器是一种通过光学手段,测量地面大气的能见度(气象光学距离)数据的气象观测设备。设备可以实时监测安装区域的能见度条件,能见度测量数据在交通运输、航空、航海、军事活动、大气污染和大气物理研究中应用广泛。
1.1原理介绍
大气能见度是指视力正常的人能从背景(天空或地面)中识别出具有一定大小的目标物的zui大距离,又称气象视程。
按观测者与目标物所在高度和相对位置,大气能见度可分为水平能见度、斜视能见度和垂直能见度。气象观测中的能见度一般指水平能见度,即水平方向上的有效能见度(所谓有效能见度是指四周视野中一半以上范围都能看到的zui大水平距离)。如无特殊说明,本手册所指的能见度均为此定义下的水平方向上的有效能见度。
根据气象光学视程的定义
MOR=ln(0.05)/δ
其中 δ 为消光系数。
大气消光系数主要受空气中固体小颗粒、气溶胶粒子和其他大气分子的影响。光的传播过程中,光波被上述物体吸收或散射,造成光的辐射衰减。我们主要利用散射带来的影响计算光在大气中的衰减系数,从而推导出大气能见度。大气散射是指,光线在空气中传播时,由于固体小颗粒、气溶胶粒子等对光的影响,光的传播方向发生改变,并以一定的规律辐射到不同方向,这种散射现象与大气中的散射粒子半径和光线波长是比例关系的。依据不同关系,散射又分为MIE散射和瑞利散射。依据MIE散射的理论研究,大气中的散射粒子光的吸收部分对光衰减系数的影响可以忽略不计。MIE散射是我们研究能见度测量时的主要研究对象。
依据上述理论,我们的能见度传感器选择了前向散射原理,散射角35-50°,测量光谱选定的中心波长为850nm。
1.2硬件结构
能见度传感器是一个独立的设备,可通过设备自带的安装配件安装到合适的立杆上。设备基本由光学发射器、光学接收器,内置加热组件和控制处理单元四部分组成。
1.3产品尺寸
重量: <10kg
1.4电气参数
工作电压DC12V~24V
整机功耗非加热 ≤2W
加热≤6W
输出信号形式RS485标准modbus协议
测量范围10m-10km
测量精度≤2km ±2%;
2km~10km ±5%
数据更新间隔15s/60s
1.5环境要求
工作温度-40-60℃
工作湿度0-100*RH
储存温度-50-85℃
二、测试和安装
2.1电缆接口定义
485输出颜色定义
红色电源正极
黑色电源负极
黄色A
蓝色B
2.2安装位置
能见度传感器是光学原理测量,易受环境干扰,选择合适的,有代表性的区域进行安装对数据的准确性至关重要。选取位置时,应注意以下原则:
1) 选取位置的状况应能代表周围的天气状况,应远离高大的建筑物(距离不小于100m),安装点附近不宜有植物遮挡。
2) 选取的地点应该没有影响光学测量的障碍物和反射表面,也没有明显的污染源。
3) 光学发射器和光学接收器的视线内没有障碍物 。
4)安装位置避免太阳光直射进入接收器。在强光下接收机数据可能会饱和,程序将会输出警告。强日光还会提高光学接收器的噪音水平。
5)在道路环境中,光学接收器应远离车辆。shou选方向为沿着道路方向。
2.3安装图
安装示意图
三、通讯协议
3.1 RS485总线
缺省串口设置:
波特率9600;
校验位 无;
数据位8;
停止位1。
3.2 MODBUS协议
采用标准的MODBUS通讯协议,一帧完整命令地址字节、命令字节、数据起始地址字节,数据长度、数据,校验。
地址:每台设备都可以设置自己的地址1-255(0x00ff),上位机通过不同地址可方位不同设备。
命令:即功能码,本软件中用到的包括03(读取多个寄存器),06(写单个寄存器)。
数据起始地址:即要读的数据地址(注一)。
数据长度:本次要读的数据个数。
数据:有效数据,采用高字节在前,低字节在后的格式。
校验:用于判断接收信息是否出错,校验方法采用的是16位冗余循环码(CRC16),校验对象为除去检验字节本身的所有字节。校验码采用低字节在前,高字节在后。
校验计算方式代码如下:
int CRC_Check(unsigned char *m_Data,short m_Size)
{
int i0,i1;
char CRC16Lo,CRC16Hi, SaveHi,SaveLo;
CRC16Lo = 0xFF; CRC16Hi = 0XFF;
for(i0=0;i0<m_Size;i0++)
{
CRC16Lo = CRC16Lo ^ *(m_Data+i0);
for(i1=0;i1<8;i1++)
{
SaveHi = CRC16Hi;
SaveLo = CRC16Lo;
CRC16Hi >>=1;
CRC16Lo >>=1; if((SaveHi & 1) == 1)
{
CRC16Lo |=0x80;
}
if((SaveLo & 1) == 1) {
CRC16Hi ^=0XA0;
CRC16Lo ^=1;
}
}
}
return ( CRC16Hi << 8 )| CRC16Lo;
}
3.2.1、读取传感器地址指令
发送:00 03 00 00 00 01 85 DB
000300 0000 0185 DB
保留地址功能码寄存器地址寄存器数量CRC16 校验位
回复:00 03 02 00 FF C5 C4
0003 0200 FFC5 C4
保留地址功能码寄存器数量寄存器数据CRC16 校验位
数据段数据为 0x00FF,表示传感器地址为 0xFF,当前传感器地址取值范围为 0x01-0xFF,其中 0xFF为默认地址。
3.2.2、修改传感器地址指令(改为 0x01)
发送:00光学接收器
000600 0000 0149 DB
保留地址功能码寄存器地址新di址CRC16 校验位
回复:00 06 00 00 00 01 49 DB
0006 00 0000 0149 DB
保留地址功能码寄存器地址新di址CRC16 校验位
回复与发送数据相同,表示地址修改成功,当前传感器地址为 0x01。
3.2.3、修改传感器波特率(改为 9600)
设置波特率为9600,非专业人士请勿自行更改!!!
发送:00 06 01 02 00 02 A9 E6
000601 0200 02A9 E6
保留地址功能码寄存器地址新波特率CRC16 校验位
回复:00 06 01 02 00 02 A9 E6
000601 0200 02A9 E6
保留地址功能码寄存器地址新波特率CRC16 校验位
回复与发送数据相同,表示波特率修改成功,需重启后生效。
00-06分别代表2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200
3.2.4、读取传感器数据指令 (默认地址为0xFF)
发送:FF 03 00 02 00 02 70 15
FF0300 0200 0270 15
传感器地址功能码寄存器地址寄存器数量CRC16 校验位
回复:FF 03 04 00 00 15 F4 EA EB
FF03 0400 00 15 DCEA EB
传感器地址功能码寄存器数量寄存器数据CRC16 校验位
15s能见度 = 0 + 0x15F4 = 5620m。
15s能见度为 5620m。
注:
地址操作内容备注
0x0002只读15s能见度度值,直读,单位m.
0x0004只读60s能见度度值,直读,单位m.
3.3 ASCII码协议
3.3.1设备启动
仪器启动后能见度传感器输出:
Power ON!┘
Soft Version 230101.00┘
如无回传,则检查通讯线缆连接是否正确。
3.3.2波特率设置
默认波特率为9600
UART ID BPS 0/1/2/3/4/5/6┘
发送:
UART 001 BPS 2┘
0-6分别代表2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200
设备回复:
UART 001 BPS 2┘
OK┘
3.3.3读地址
发送:
ID ?┘
回复:
ID 255┘
地址范围:001-255,默认为255。
3.3.4写地址
发送:
ID 255 001┘
回复:
ID 001┘
修改地址为 001。
3.3.5报警设置
发送:
LMT1 500┘
回复:
LMT1 500┘
发送:
LMT2 5000┘
回复:
LMT2 5000┘
发送:
LMT SET┘
成功后送出:
LMT OK┘
否则送出:
LMT ERROR┘
要求必须LMT1<LMT2,用户可将这两位设置成最关心的能见度变化点,从而将能见度分为三个警戒段:>LMT2为正常段,LMT1—LMT2为警戒段1,< LMT1为警戒段2。
3.3.6读数据
DRAW ID DATA┘
发送:
DRAW 001 DATA┘ 询问设备地址为001的设备数据。
回复:
DATA VM 001 04500 04800 01 00┘
15s能见度为 4500m,60s能见度为 4800m,报警状态为1,预留状态为0
报警状态 00 60s能见度>LMT2
01 LMT1 < 60s能见度 < LMT2
02 60s能见度<LMT1
3.3.7切换为主动上报
DRAW ID DATA AUTO┘
发送:
DRAW 001 DATA AUTO┘ 询问设备地址为001的设备数据。
回复:
DATA VM 001 04500 04800 01 00┘
设备以每分钟一次的频率自动上传数据。
四、设备常见问题及解决办法
现象解决方法
没有通讯检查电源
检查电缆
检查通讯配置参数
数据异常检查传感器是否被异物污染
检查周围是否有反射面
检查附近是否有红外发射设备(例如红外摄像机)
如故障仍无法排除请联系厂家
私自拆开设备将不再享受质保,涉及侵权必将追究法律责任!
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