微气象站超声波多合一环境监测仪走WIFI-MQTT接入融合通信指挥调度平台smarteye

 

微气象站超声波多合一环境监测仪

产品描述与应用 Products description and application                                               

超声波多合一环境监测仪是一款免维护的超声波环境监测传感器。与传统机械式风速仪相比，无转动部件惯性影响，能够快速准确测量10多种环境气象要素；可选配高效加热装置，保证在严寒环境下可靠工作。适用于农业、气象、林业、电力、环保、港口、铁路、公路等领域的风速及其他环境要素的监测。

功能特性 Features                                                                                

Ø 采用时差法测量原理，抗环境干扰能力强。

Ø 采用高效滤波算法，针对雨、雾天气特殊补偿技术。

Ø 选用更为昂贵和精准的200Khz的超声波探头,确保风速风向数值测量更精准,更稳定。

Ø 选用耐盐雾腐蚀探头,全密封结构,经过国家标准的盐雾实验,效果良好,适用于沿海,港口等环境。

Ø RS232/RS485/4-20mA/0-5V，或4G无线信号等输出方式可选。

Ø 模块化设计，一体化集成度高,可以根据需要任意选配环境监测要素，最多可集成10余种要素。

Ø 环境适应性广，产品研发经过严格的高低温、防水、防盐雾、沙尘等环境试验。

Ø 低功耗设计。

Ø 可选配加热功能、GPS/北斗定位、电子罗盘等功能。

产品图片  Product picture                                                            

                             

    2参数                   5参数                   多参数               环境监测站

 

 

主要技术参数 Main technical parameters
电气参数		机械结构参数
工作电压	DC9V-30V或者5V	材质	ABS工程塑料
产品功耗	0.4W（加热时10.5W）	工作环境湿度	0~100%RH
信号输出方式	RS485或4G无线信号输出	工作环境温度	-40℃~+60℃
		防护等级	IP65
		出线方式	航空插座，传感器线3米
		外观颜色	乳白色
		参考重量	约0.5KG(2参数); 1KG(5参数或多参数)

 

 传感器技术指标 Sensor specifications

选配环境要素	量程	准确度	分辨率	功耗
风速	0-70m/s	启动风速≤0.8m/s， ±(0.5+0.02rdg)m/s；	0.01m/s	0.1W
风向	0～360	±3°	1°
大气温度	-40～80℃	±0.3℃	0.1℃	1mW
大气湿度	0～100%RH	±5%RH	0.1%RH
大气压力	300～1100hPa	±1 hPa（25℃）	0.1 hPa	0.1mW
雨量强度	测量范围：0～4mm/min	±10%（室内静态测试，雨强为2mm/min）带日雨量累计	0.03mm/min	240mW
光照度	0～200000Lux（室外）	±4%	1 Lux	0.1mW
太阳总辐射	0～1500 W/m2	±3%	1W/m2	400mW
CO2	0～5000ppm	±(50ppm+5%rdg)	1ppm	100mW
噪声	30～130dB(A)	±3dB(A)	0.1 dB(A)
PM2.5/10	0～1000μg/m3	≤100ug/m3：±10ug/m3； ＞100ug/m3：±10%读数（以TSI 8530校准，25±2℃，50±10%RH环境条件）	1μg/m3	0.5W
PM100	0～20000ug/m3	±30ug/m3±20%	1μg/m3	0.5W
四气（ CO、NO2、SO2、O3）	CO（0～1000ppm） NO2（0～20ppm） SO2（0～20ppm） O3（0～10ppm）	≤读数的±3%（25℃）	CO（0.1ppm） NO2（0.01ppm） SO2（0.01ppm） O3（0.01ppm）	0.2W
电子罗盘	0～360	±5°	1°	100mW
GPS	经度 （-180～180°） 纬度 （-90～90°） 海拔（-500～9000m）	≤10米 ≤10米 ≤3米	0.1秒 0.1秒 1米
土壤湿度	0～60%（体积含水率）	±3%（0～35%） ±5%（35～60%）	0.1%	170mW
土壤温度	-40～80℃	±0.5℃	0.1℃
土壤电导率	0～20000us/cm	±5%	1us/cm
土壤盐分	0～10000mg/L	±5%	1mg/L
总功耗 = 选配传感器功耗 + 主板基础功耗			主板基础功耗	300mW

 

 

 

 

安装尺寸 Mounting dimensions

尺寸单位:毫米mm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（2参数）                 （5参数）                 （多参数）

 

注意事项:

指北箭头指示的磁北极和地理北极并不完全一致，因此，在校正传感器时必须考虑所在位置的偏差（误差）。

误差与所在位置有关，最大误差可能超过 15°（例如东北）。在华东区域，误差可忽略（<3°）有关这部分的其它更详细信息可在因特网上找到。

超声波风传感器,属于精密仪器，轻拿轻放，请勿磕碰。

车载船用超声波安装过程中，需将箭头对准车身或船身，与前进方向平行。如有误差将会影响前进时的真风速，真风向。

 

接线示意图 Wiring diagram

485或232信号输出，传感器底部有一个4芯航空插头，其针脚对应的管脚定义如下：

1——电源正VCC（红）

2——电源负GND（绿）

3——485A+ （黑）

4——485B- （黄）

4-20mA或0-5V模拟信号输出时,传感器要素和线颜色的功能定义关系见产品标签。

注意事项：确定接线正确后再送电。

 

通讯协议 Protocol

超声波多合一环境监测仪说明书中的所有MODBUS命令都是MODBUS-RTU协议格式命令。出厂时都已配置好，如需修改协议，参考相关命令或求助。通讯波特率9600，数据位8位，1位停止位，无检验。2帧数据通信间隔至少500ms以上。地址默认为1，MODBUS-RTU通讯格式如下：

 

发送	地址	命令	寄存器地址	数据	CRC检验
字节数	1字节	1字节	2字节	N个字节	2个字节

   （一）寄存器地址

    超声波多合一环境监测仪最多可集成16种气象要素，分别是风速，风向，空气温度、空气湿度、室外照度、雨量、CO2、大气压力、噪声、PM2.5、PM10、PM100（外置）、电子罗盘、太阳总辐射。每个传感器都有各自的寄存器地址。

MODBUS中的寄存器地址与通道之间的对应如下表：

 

注：实际风向=超声波风向+罗盘，当没有选配罗盘时，实际风向=超声波风向，即通道13和通道14的值相等。

通道31的GPS速度会比汽车的车速偏低（60 km/h时偏低3km/h左右）属于正常现象，因为中国法规规定汽车表盘显示速度必须大于实际车速。

真风速真风向的误差比传感器的风速风向误差大，真风速真风向是由传感器的风速风向和GPS的航速航向计算而来，它的误差也近似传感器和GPS的误差之和。

 

（二）配置地址、波特率、休眠时间等

超声波多合一环境监测仪的写入设备地址命令都是一样的。例如将设备地址写1。

发送	00	06	00	20	00	01	48	11
说明	广播地址	写命令	寄存器		新设备地址		CRC校验
返回	00	06	00	20	00	01	48	11
说明	广播地址	返回0x86=不成功	寄存器		新设备地址		CRC校验

返回的命令与发送命令相同，则命令设置成功。返回 01 86 ****则是配置不成功。

 

超声波多合一环境监测仪的写入波特率命令都是一样的。例如写波特率9600。

发送	01	06	00	10	00	02	09	CE
说明	地址	写命令	寄存器		新设备波特率		CRC校验
返回	01	06	00	10	00	02	09	CE
说明	地址	返回0x86=不成功	寄存器		新设备波特率		CRC校验

  波特率=数据*4800。返回数据00 02，则波特率=4800*2=9600。支持的波特率有4800、9600、14400、19200、38400、  57600、115200。返回 01 86 ****则是配置不成功。返回的命令与发送命令相同，则命令设置成功。

 

超声波多合一环境监测仪的休眠时间用来控制功耗，休眠时间越长则系统功耗越低。

休眠命令如下：

发送	00	06	00	E0	00	01	48	2D
说明	广播地址	写命令	寄存器		休眠时间		CRC校验
返回	00	06	00	20	00	01	48	11
说明	广播地址	返回0x86=不成功	寄存器		新设备地址		CRC校验

返回的命令与发送命令相同，则命令设置成功。返回 01 86 ****则是配置不成功。

 

（三）雨量相关参数设置

雨量累计模式的设置

传感器在收到雨量累计模式设置命令后，清除雨量累计值。

雨量累计有2种模式：分别为手动模式与自动模式。

1.手动模式下雨量累计一直累加，直到收到雨量累计清零命令，累计值清零。

2.自动模式下雨量累计一直累加，每天早上0点清零。

返回 01 86 ****，则雨量累计模式配置不成功。

 

手动雨量累计清零命令

收到命令后清除雨量累计值。返回 01 86 ****，则雨量清除未成功执行。

 

时间配置命令如下：

发送	00	10	00	20	00	04	08	17	06
说明	广播地址	写	命令		寄存器数量		数据长度	23年6月
发送	14	0E	1F		00	00	01	7C	EE
说明	20日	14点	31分		未启用		新设备地址1	CRC校验
返回	00	10	00	20	00	04	C1	D1
说明	广播地址	写	命令		寄存器数量		CRC校验

若无返回数据，则说明写入不成功。

雨量累计每日0点准时清零，辐射累计及日照时数每天凌晨0点准时清零。如超声波多合一环境监测仪中包含雨量及辐射要素，则需要关注此命令。

 

时间读取命令如下：

发送

00

03

00

20

F1

FC

说明

广播地址

读

时间命令

CRC校验

返回

00

03

00

08

17

06

14

0E

1F

0A 01

01

A7

3F

说明

广播地址

读

数据长度

23年6月20日

14点31分

未启用

地址

CRC校验

若无返回数据，则说明读取不成功。

 

（四）获取传感器值

超声波多合一环境监测仪最多可集成16种不同的传感器，通过读取Modbus寄存器地址的值可以获取各个传感器的的实时值。

可以每次读取一个或多个的寄存器值，比如发送01 03 00 00 00 01 84 0A，只读取数字温度传感器的温度值。比如

发送01 03 00 00 00 02 C40B，读取从寄存器0-1共2个寄存器的值，包括数字温度、数字湿度的传感器值。

传感器负值的转换（二进制取反加1）：例如温度十六进制编码为“FF 3D”，换算成二进制为“11111111 00111101”，

其二进制的第一位为“1”，所以它的值为负数，如果第一位是“0”则为正数。其具体换算步骤如下：

（1）将其二进制的的第一位替换为“0” 得到：“01111111 00111101”

（2）后15位取反后得到：“00000000 11000010”

（3）加上“1”后得到：“00000000 11000011”

按照正数表示方法得到十进制值“195”，因为是负值所以为“-195”，温度带1位小数点，结果除以10，最终结果为“-19.5”，所以：FF 3D → -19.5℃。

下面是常用传感器读取的命令说明，所有传感器的设备地址都默认1，使用的都是MODBUS-RTU格式的命令。

（1）2参数（风速风向传感器）

风速要读取寄存器0x0B数据，2要素读取2个寄存器。传感器设备地址1的读取格式如下：

发送	01	03	00	0B	00		02		B5	C9
说明	地址	读命令	风速起始地址		读取个数				CRC校验
返回	01	03	04		02	2C	01	08	3A	14
说明	地址	读命令	数据长度		风速		实际风向		CRC校验

    传感器返回数据为0x022C转换为十进制为556，返回的风速5.56m/s。返回的实际风向为0x0108转换为十进制为264，返回的风向264度。

（2）5参数（风速风向温湿度气压）

    温度的寄存器起始地址0，为了一次读取5要素温湿压风速风向，读取格式如下：

发送

01

03

00

00

00

0D

84

0F

说明

地址

读命令

起始地址

读取个数

CRC校验

返回

01

03

1A

01

12

00

F9

07

FF

07

FF

07

FF

说明

地址

读命令

数据长度

温度

湿度

照度十位

照度个位

雨量累计

返回

07

FF

26

F3

07

FF

07

FF

07

FF

07

FF

01

08

00

F5

BFE3

说明

CO2

大气压力

辐射

PM2.5

PM10

PM100

风速

风向

CRC校验

传感器返回数据中：

   温度=转换为十进制为274，显示温度27.4度。

   温度：0x0112 = 274 = 27.4℃

   湿度：0x00F9 = 249= 24.9%RH

   大气压力：0x26F3 = 9971 = 997.1hPa

   风速：0x0108 = 264= 2.64m/s

   风向：0x00F5 =245= 245°

   照度、CO2、辐射等由于未接传感器，值都是显示0x7FFF。

 

 

 

 

（3）、GPS传感器

下面命令是读取GPS的经纬度、海拔、速度命令说明。

发送	01	03	00	19	00				06			14	0F
说明	地址	读命令	起始地址		读取点数							CRC校验
返回	01	03	0C		04	78	09	AB		01	30	07	26
说明	地址	读命令	数据长度		GPS经度		经度-秒			GPS纬度		纬度-秒
返回	01 94		05		00					30		51	50
说明	GPS速度				GPS海拔							CRC校验

传感器返回寄存器0x19至0x1E共6组数据。其中经度和纬度使用2组寄存器数据表示，其他传感器都只使用一组寄存器数据表示。数据为16进制，转换为10进制，再根据传感器的分辨率和单位。

换算如下：

经度的度：0x0478 = 1144= 114.4°.

经度的秒：0x09AB = 2475 = 247.5”=0.06875°

所以得出，经度=114.46875°=114°28’ 7.5”

纬度的度：0x0130 = 304=30.4°，

纬度的秒：0x0726 = 1830 = 183.0”=0.050833°

所以得出，纬度=30.450833°=30°27’ 2.9”

GPS速度：0x0105 = 261=26.1km/h

海拔：0x 0030 = 48 = 48m

 

 

（五）Modbus  CRC校验步骤               

1.预置16位寄存器为十六进制FFFF，称此寄存器为CRC寄存器；

2.把第一个8位数据与CRC寄存器的低位相异或，把结果放于CRC寄存器；

3.把寄存器的内容右移一位(朝低位)，用0填补最高位，检查最低位；

4.如果最低位为0：重复第3步(再次移位)如果最低位为1：CRC寄存器与多项式A001（1010 0000 0000 0001）进行异或；

5.重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；

6.重复步骤2到步骤5，进行下一个8位数据的处理；

7.最后得到的CRC寄存器即为CRC码（得到的CRC码为低前高后）。

 

注意事项 Matters needing attention

1.请检查包装是否完好，并核对产品型号是否与选型一致；

2.切勿带电接线，接线完毕检查无误后方可通电；

3.传感器属于精密器件，用户在使用时请不要自行拆卸、用尖锐物品或腐蚀性液体接触传感器表面，以免损坏产品；

4.安装环境确保传感器不被其他正在运行的设备干扰，这些设备可能不完全遵循通用标准，例如无线电/雷达发送装置，轮船引擎，发动机等；

5.不要与任何雷达扫描装置在同一个平面安装，至少应该保持2米以上距离；

6.避免周围建筑物，例如树，电线杆，高楼等所产生的絮流，这些会对产品精度产生影响；

7.请保存好检定证书和合格证，维修时随同产品一同返回。

 

 

 

故障排除 Troubleshooting

1.RS485输出时仪表显示值不正确。可能因接线问题或者通讯串口故障导致表无法正确获取数据。请检查接线是否正确、牢固，串口是否被占用，串口设置是否正确；

2.若不是上述原因，请与厂家联系。