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水文水质监控

S-CL431雷达流量计非接触式

关键词:
非接触式测量,不易受污水腐蚀
超低低功耗
防水防雷设计
盲区更小,波长更短
指令采集和间隔采集
标配Modbus两种通讯协议
兼容国内外大部分RTU通讯协议
1.产品概述
● 原理
雷达流量计是一种采用微波技术的水位流速探测仪器,结合了成熟的雷达水位计和雷达流速仪的测量技术,
主要应用于江河、水库闸口、地下水道管网、灌溉渠道等明渠水位流速测量。该产品可有效地监控水位流速流量变化状态,为监测单位提供准确的流量信息。
● 应用范围
(1) 江河、水库闸口、地下水道管网,灌溉渠道等水位流速测量。
(2) 辅助水处理作业,如城市供水、排污监测等。
(3) 流量计量、入水排水流量监测等。
● 特点:
(1) 基于先进的26GHz高频脉冲雷达的水位测量技术,和成熟的24GHz平面雷达多普勒微波流速测量技术,高可靠性,高精度,高分辨率;
(2) 非接触式测量,不易受污水腐蚀,不受泥沙影响,甚至可用于有污染物或沉淀物的复杂水环境;
(3) 超低低功耗,超低工作电流和值守电流,更适应太阳能供电的无人值守站点;
(4) 雷达天线方向性好,波束角小,能力集中,具有更强的抗干扰性,大大提高了测量精度和可靠性;
(5) 盲区更小,波长更短,采用更成熟的脉冲工作方式,发射功率极低,对人体和环境无害;
(6) 防水防雷设计,适用于各种极端天气环境,全天候稳定工作;
(7) 有指令采集和间隔采集两种工作模式,具有历史数据和事件记录,控制灵活;
(8) 标配Modbus两种通讯协议,兼容国内外大部分RTU通讯协议,可定制通讯方式,组网方便;
(9) 外观小巧,安装方便,易于维护;
 
2.产品参数
S-CL431
流速仪参数:
供电电流:50mA(工作),<1mA(休眠);
工作温度:-35~65℃;存储温度:-40~70℃;
野外防护等级:IP68。
测速范围:0.15~21m/s; 测速精度:8.8mm/s;
分辨率:±1mm/s; 方向辨别:上游;
测量持续时间:2~240s; 采样间隔:0s~5h;
工作频率:24GHz; 到水面距离:0.5~35m;
电源:6~30V DC(建议使用12V DC);通讯:RS485/
Modbus协议
水位计参数:
最大量程:0.5~30m
精 度:±3mm
环境温度:-35~65℃
重 复 性:±1mm
天线材质:PP
频率范围:26GHz
信号输出:RS485/Modbus协议 6~30 DC(建议使用
12V DC)
 
S-CL432
供电电压:12-24V DC
静态电流:≤1mA(12V)
工作电流:≤100mA(12V)
水位量程:0-30m
水位准确度:±3mm
水位分辨率:1mm
水位雷达频率:26GHz
水位雷达天线类型:平面微带阵列天线
水位雷达天线结构:密封天线,防露,防凝结构
水位雷达波束角:10°×10°
流速测量范围:0.15-21m/S
流速准确度:8.8mm/S
流速分辨率:1mm/S
流速雷达发射频率:24GHz
流速雷达天线类型:平面微带阵列天线
流速雷达天线结构:密封天线,防露,防凝结构
流速雷达波束角:12°×12°
水面距离:0.5-35m
工作温度:-35~65℃
存储温度:-40~70℃
工作湿度:≤95%
应用场合:静水或动水均可
采集间隔:5s-24h可设置
数字接口:RS485(标配Modbus)
 
3.安装
安装地点的说明
表面流量计需要安装在特定的场所,下图为五种典型的安装地点。
管道安装示意图

矩形明渠安装示意图
梯形明渠安装示意图
桥梁安装示意图
堤坝安装示意图
 
安装调试注意事项:调试过程中需要注意传感器的稳定性,以安装在河流上的情况为例,如果风速很大,导致传感器振动很厉害,则需要停止测量工作;
另一方面,也需要在传感器上安装电子罗盘用以测量安装的姿态是否发生变动,如果变动,则需要停止工作,进行调整,否则测量结果不精确。
传感器的测量点对于一个合适的测量位置来说,重要的是,传感器主要测量区域位于河道
一个有代表性的位置,位置尽量靠近河道中间,并且不受树叶、随风而动的植物的影响。
注:测量点依赖于安装高度
 
4.连接S-CL431
通过RS-485总线与流速仪、水位计连接,默认参数如下:
波特率:9600(可修改);
数据位:8;
停止位:1;
奇偶校验:无。
连接方式如图1所示,图1的详细说明,见图2。图2中流速仪电源可以在6V~30V之间选择,水位计电源可以在6V~30V之间选择,例如在采用光伏供电的时候,可以采用12V蓄电池供电。
图1 S-CL431 与计算机连接示意图
● S-CL431 —  电气连接
 
5. 连接S-CL432
通过RS-485总线与流速仪、水位计连接,默认参数如下:
波特率:9600(可修改);
数据位:8;
停止位:1;
奇偶校验:无。
连接方式如图1所示,图1的详细说明,见图2。图2中电源可以采用12V蓄电池供电,也可以采用24V供电。建议12V DC.
图 1 S-CL432与计算机连接示意图
● S-CL432 —  电气连接
 
6.产品尺寸
 
7. 通信描述
7.1 流速仪 —  通信描述
S-CV430 RS-485通信的帧格式如表 1所示。
名称 字节 说明
起始域 2B 发送数据帧的开始标志
控制域 1B 通知下位机执行具体的动作
包计数域 1B 计数数据域的字节长度,帧中数据域固定16个字节,一般填
为0
数据域 16B 数据段
地址域 2B 原地址(1b),目的地址(1b)
备份域 1B 备用
帧校验 1B CRC校验值
 
表1 通信帧的格式
通信帧,包含了上行的数据帧、上行的应答帧;下行的指令帧等。都是采用如表1 所示的同一种长度,皆为24个字节,这样固定的帧长度有利于数据包和指令的解析。下面结合表1 对帧内各个域的定义和功能进行详细的说明。
 
● 上行、下行通用格式
上位机软件下发数据简称为下行,下位机即 S-CV430 上传或应答数据简称为上行,后文统一称上行和下行。结合上行、下行特点,说明各自不同的地方。
帧起始
帧起始用于标记一个传输的开始,将0xFE作为帧起始。
应答帧采用相同的通信格式,区别通过表 1中的控制域来体现。
0xFE、0xFE:起始标记;
控制域
控制域用于说明数据帧的功能与含义,后文结合上行、下行分别加以介绍。
计数域
计数数据域的字节长度,帧中数据域固定16个字节,一般填为0。
 
数据域
数据域是上位机软件和下位机软件通信数据交互段,不同的控制码会下发对应的数据,后文将结合控制域解释数据的具体含义。
地址域
地址域分为源地址和目的地址,S-CV430 设备地址范围为1-99,0为广播地址。
校验
本文采用8位的CRC校验,如表 1所示,将前23个字节进行CRC校验的结果填写在第24个字节中,也就是帧的结尾,S-CV430 采用包头和CRC校验两种措施保证传输数据的正确性。
CRC8的校验程序如下所示:
unsigned char GetCrc8(unsigned char *ptr, unsigned short len)
{
unsigned char crc = 0;
unsigned char ii;
while(len--)
{
crc^=*ptr++;
for(ii=0;ii<8;ii++)
{
if(crc&0x01)
{
crc=(crc>>1)^0x8C;
}
else
{
crc >>= 1;
}
}
}
return crc;
}
 
● 上行数据格式
上行数据的格式相对单一,分为上传测量结果、下行指令应答两种情况。这里结合上行控制域介绍上行数据格式。
上行帧的控制域
上行帧的控制域如表2所示。
控制码 名称 数据字段 说明
0x0 上报测量数据 测量数据段  
0x01 上报配置数据 配置数据段  
0x02 上报校正参数 校正参数数据段  
0x03 上报系统信息A 系统信息A数据段  
0x04 上报系统信息B 系统信息B数据段  
0x10 指令执行正确 ——  
0x11 指令执行错误 ——  
表2 上行帧的控制域码
数据域
数据域不管上行还是下行数据域固定16个字节,不同的控制域对应的数据域不同,详细介绍下上传测量数据码0x00、指令执行正确0x10、指令执行错误0x11的数据段。
上传测量结果即控制域为0x00对应的数据具体内容如表3所示:
偏移量 类型 字段 单位 备注
0 Int16 流速 0.001m/s  
2 Int16 谱宽 0.001m/s  
4 UInt8 俯仰角 ° 0~90°
5 UInt8 设备状态   - 待机
- 工作
255 - 故 障
6 UInt16 SNR db 信噪比
8 UInt32 信号强度    
12 UInt32 数据时戳 s 数据产生时的RTC时间
(自1970-01-01零点开始的秒数)
表3 上传测量结果数据段具体内容
● 下行数据格式
下行指令对应具体含义和功能如下表4所示:
控制码 名称 数据字段 应答 备注
0x81 设置测量配置 配置数据段 上报配置数据 如执行成功,下位机按新的配置上报配置数据
0x90 连接设备 —— 四条数据包 下位机收到指令后连续上报四条数据包:配置数据、系统信息A、系统信息B、校正参数
0x91 开启测量 —— 指令执行
正确/错误
 
0x92 停止测量 —— 指令执行
正确/错误
 
0x93 重新启动 —— 指令执行正确/错误 下位机如能成功执行重启,须先应答;上位机收到执行正确
应答后,自动断开连接
0x94 断开设备 —— —— 无需应答,上位机自动断开连接
0x95 测量触发 —— 指令执行正确/错误 仅在指令触发模式下发送
0x96 上报触发 —— 应答测量结果数据 仅在指令输出模式下发送(间隔为测量时间+上报时间);如下发上报触发指令前未收到上
一条上报数据,则上位机自动断开连接。
0x97 出厂设置 —— 指令执行正确/错误 下位机如能成功执行重启,须先应答;上位机收到执行正确应答后,自动断开连接;
表4 下行数据帧的控制码
设置测量配置(0x81):此命令主要对 S-CV430 工作方式进行设置,如测量时间、上报时间、安装朝向等。
连接设备0x90:S-CV430 传感器功耗较低,因此,一般情况下处于睡眠状态,此指令:一是唤醒 S-CV430,其实任何一条下行指令都可以唤醒S-CV430;二是可同时获取下位机的设备信息: 配置数据、系统信息A、系统信息B、校正参数。
开启测量:0x91:S-CV430 处于默认设置是不工作的,一直是处于睡眠状态,需要发送这条指令让S-CV430自动定时测量,指令应答显示执行正确或者错误。
停止测量0x92这个指令的作用让 S-CV430 停止定时测量,指令应答显示执行正确或者错误。
重新启动0x93:将 S-CV430 传感器进行重启(注意以前配置参数不会丢失)可以在设置新的设备参数后,重新启动使其按照新的参数重新执行。
测量触发0x95:S-CV430 工作方式有两种:一种是自动测量,一种是指令触发测量,当工作在指令触发测量时,每发送一条测量触发指令,S-CV430 就测量一次,否则不执行测量工作。
 
注意:测量触发命令只有在 S-CV430 工作方式设置为指令触发方式并且S-CV430 处于工作状态时才会有效,应答指令执行正确或者错误。
上报触发0x96:S-CV430 测量输出有两种方式,一种是测量完成后立即输出,另一种是命令输出。当需要测量结果时,发送上报触发指令获取测量数据,命令执行成功应答显示上报测量数据,指令执行失败应答显示指令执行错误。
 
注意:上报触发指令只有在 S-CV430 输出方式设置为命令请求模式并且S-CV430 处于工作状态才有效。
恢复出厂设置0x97:即令传感器恢复出厂时的配置,应答指令显示执行正确或者错误。
 
常用命令列举:
连接命令:
fe fe 90 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 fa
开始工作:
fe fe 91 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10
停止工作:
fe fe 92 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 37
重启:
fe fe 93 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 dd
出厂设置:
fe fe 97 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 5e
测量触发:
fe fe 95 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 93
上报触发:
fe fe 96 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 b4
 
7.2 水位计 —  MODBUS通讯协议说明
 
7.3.流量计— MODBUS通讯协议说明
一、硬件及数据格式
硬件接口:RS485
波特率: 9600
数据格式RTU 8N1
校验CRC16
二、信息帧格式及说明
1、主机的命令格式由从机地址、功能码、  寄存器起始地址、读取点数及CRC码组成如表1所示。
表1 主机命令
站号(1B) 功能码
(1B)
寄存器起始地址
(2B)
读取点数
(2B)
CRC
(2B)
01 03/06 00 XX 00 XX XX XX
主机命令详细说明
站号:从机地址(0-99);
功能码:03读取寄存器的数值;
06 更改寄存器的数值;
寄存器起始地址:两个字节,具体描述详见表3
读取点数:2个字节,若读取十六位整型数据,则设为0001,读取32为整型数据,则设为0002;
CRC:校验码,两个字节;
2、从机响应有两种格式,当功能码为03时,其格式由站号、功能码、数据长度,数据区及CRC码,如表2;当功能码为06时,其格式与主机命令帧相同,如表1所以。
表2 功能2从机应答:
站号(1B) 功能码
(1B)
返回数据长度 数据(nB) CRC
(2B)
01 03 n XX XX XX ... XX XX
 
站号(地址):一个字节,返回主机发送的地址;
功能码:一个字节,返回主机发送功能码;
应答数据字节数:后面跟的数据字节数;
数据:针对主机命令返回对应的数据,高字节在前,低字节在后;
CRC:校验码,两个字节。
寄存器地址 描述
0x001E 读取当前水位值,单位为cm(只读)
0x001F 读取当前流速值,单位为mm/s(只读)
0x0020 读取当前流量值,单位为m3/S(只读)
0x0021 读取累计流量值(32位无符号整形数据,高字节在前),单位为m3(只读)
0x0023 模块地址 (读写)
0x0024 槽堰模式:0X01-圆形槽 0X02-矩形槽 0X03-梯形槽 (读写)
0X0025 管道半径       CM (读写)
0X0026 矩形槽槽宽    CM (读写)
0X0027 梯形槽下底宽 CM (读写)
0X0028 梯形槽上底宽 CM (读写)
0X0029 梯形槽高度    CM (读写)
 
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