土壤热通量变送器使用说明 |
JXBS-3001-RTL |
Ver1.0 |
第1章 产品介绍
1.1 产品概述
土壤热通量是土壤表层与深层之间的热交换状况的反映,是地表能量平衡中的重要组成部分。土壤热通量的大小以及正负转变直接决定土壤热量的收支,控制土壤水分的蒸发和呼吸,并影响植物根系的生长和呼吸以及对营养物质和水分的吸收。土壤热通量的测量对土壤的生态环境形成以及农业生产、工程建设都有重要意义。
我司自主研发的土壤热通量测量仪,具有操作简单,抗干扰能力强,测量精度及可靠性高等特点;同时可24小时实时显示监测土壤等测量数据,并可用使用串口管理软件输出数据,生成报表,可满足科研、农业、教学等相关工作需求。
设备支持多种通讯方式,不仅支持标准的Modbus485协议,而且包括4G、Lora方式与NB-IOT方式等低功耗方式。
1.2 应用环境
广泛适用于园林灌溉监测、农耕指导、水利建设、矿山监测、地质勘探、科学实验以及牧草种植等多种环境土壤的监测。
1.3 产品功能特点
l 实时监测土壤表层和不同深度土壤之间热量交换的状况
l 设备采用标准的modbus协议
l 本地以及云端数据的查看
1.4 产品优势
l 采用高灵敏探头,响应速度快
l 稳定、可靠,测量准确
l 零点漂移小,重复性好
l 产品防护等级IP67,耐温耐湿
l 产品经过多种环境测试,抗干扰能力
l 远程云端查看数据
1.5 产品参数
参数名称 | 参数内容 |
测量范围 | -500~500 w/m2 |
测量精度 | ±5% |
分辨率 | 1 w/m2 |
通讯方式 | RS485/GPRS |
防护等级 | IP67 |
工作温度 | -20℃至80℃ |
工作湿度 | 0至95%(相对湿度)、无凝结 |
1.6 通讯参数
1.6.1 485版本产品参数
参数名称 | 参数内容 |
直流供电(默认) | 12-24VDC |
耗电 | ≤0.5W(@12V DC , 25℃) |
输出信号 | RS485输出(Mondbus协议) |
工作压力范围 | 0.9-1.1atm |
1.6.2 4G版本产品参数
参数名称 | 参数内容 |
直流供电 | 12V-24V DC |
产品功耗 | <0.4W |
传输接口 | 4G无线信号传输 |
频段制式 | FDD-LTE、TDD-LTD、TD-SCDMA、UMTS、EV-DO、CDMA、GSM |
运营支持 | 中国移动、中国联通、中国电信的4G、3G、2G全网通 |
1.6.3 Lora版本产品参数
参数名称 | 参数内容 |
供电方式 | 电池供电 |
工作频段 | 433/470/868/915MHz频段 |
传输距离 | 800米(默认)~4500米(理论极限) |
信号协议 | Lora-Wan或私有协议 |
1.6.4 NB-IOT版本产品参数
参数名称 | 参数内容 |
供电方式 | 电池供电 |
传输接口 | NB-Iot接口 |
频段制式 | NB-Iot/2G |
运营支持 | 中国移动、中国联通、中国电信NB-Iot |
第2章 硬件连接
2.1 产品外观
土壤热通量传感器是测量土壤表层与深层之间的热交换状况的反映。下面两张图片分别是485版本和联网版本智壤仪外观尺寸图外观,如图所示:
2.2 产品部件说明
2.2.1 产品外部
下图是产品外部件细节介绍说明,如图所示:
(1) 485版本
(2) 4G/LoRa/NB-IOT版本
2.3 产品清单
安装设备前请检查设备清单
名称 | 数量 |
高精度传感器 | 1台 |
太阳能电池板 | 1块(选配) |
支架 | 1个(选配) |
保修卡/合格证 | 1份 |
2.4 接线说明
(1) 485版本
设备电源供电采用12VDC供电,485信号线接线时注意A/B两条线不能接反,如图(表)所示:
| 线色 | 说明 |
电源 | 棕色 | 电源正(12-24VDC) |
黑色 | 电源负 |
通信 | 黄(灰)色 | 485-A |
蓝色 | 485-B |
(2) 4G/LoRa/NB-IOT版本
联网版本传感器可以使用太阳能电池板充电,线序如图(表)所示:
注意事项:请注意不要将太阳能电源接口线接错线序,错误的接线会导致设备烧毁。
出厂默认提供1.25米长线材,客户可根据需要按需延长线材或者顺次接线。
注意在某些出厂批次中可能提供的线序中没有黄色线,此时灰色线等价替换黄色线作用。
2.5 安装说明
(1)打孔
首先,取土钻钻头、手柄、支杆,完成后将取土钻竖直于地面,双手紧握手柄顺时针下压慢速转动。(注意:不要太用力,务必慢速多转几圈,防止钻头跑偏至孔洞打歪)
其次,将取土钻从孔洞中取出,放到盆子里,用工具把钻出的土收集到盆子里以用来和泥浆,如沙石过多则要选择较细土壤。(注意:第一钻土因为杂质过多,不做收集)
最后,反复持续上述打孔、取土,并在此过程中尝试性地将传感器轻放入孔洞中(请勿将设备用力触底),以测试孔洞的深度是否合适;若有卡顿,则使用取土钻修正,保证传感器放入、取出都比较顺畅;直到孔深与传感器所标识的安装位置齐平,打孔完成。
(2)和泥浆
首先,挑出盆中土壤杂质,石子、根、不容易溶解的土块等。将土壤搓细,以便和泥浆。
其次,倒入适量水,充分搅拌至粘稠状;壤土泥浆一般不能稠于“芝麻酱”状;和泥浆完成。
(3)灌浆安装
首先,将泥浆慢慢倒入孔洞,大概到孔洞1/2的位置;可根据实际情况酌情增减。
其次,将传感器慢慢放入孔洞中,向一个方向慢慢转动并下压,速度过快可能会导致气泡不能被完全排出。(注意:再转动下压的过程中不可以上拔传感器,防止气体再次吸入孔中)
最后,当传感器安装到正确的深度后,设备周围会溢出一些泥浆,灌浆完成; 此时传感器安装深度与洞口齐平。(注意:将传感器周围3CM以外多余的泥浆清除,防止结块影响水分下渗)
2.6 安装太阳能板
若不使用太阳能供电板的用户则不需要操作此步骤
(1)太阳能板选址
太阳能板的安装位置应尽量远离传感器,一般距50cm以外较为适宜,但不能超出电源线的长度。太阳能供电板的面板应朝向太阳方向,即南方,前方尽量无遮挡,将太阳能板支架插在选定的位置即可。
(2)固定太阳能板
将太阳能板安装固定在支架上,将太阳能面板金属框背后的四个孔与支架上的四个孔对准,然后使用螺丝和螺母拧紧即安装完成。
(3)连接太阳能供电板与测量仪
首先,将面板与支架上的接线端子连接在一起,拧在一块儿即可;
其次,将支架电源线的另一端对准传感器接口插入,拧紧螺栓,即可完成太阳能板的安装。
最后,安装完成后,按下开关键,设备即可正常工作。建议在泥浆恢复正常状态后再进行正常工作,如图所示:
2.7 测量方法
选定合适的测量地点,根据需要测量的深度,并且按照测量仪的尺寸进行打孔测试,将坑填埋严实,按下测量仪的电源开关按键,测量仪开始工作,稳定一段时间后,即可进行连续数天,数月乃至更长时间的测量和记录。采集方式如图所示:
2.8 注意事项
(1)测量仪必须垂直插入测试环境中
(2)设备埋入测试环境时,切勿过力按压
(3)不适用于对于盐分较大的盐碱地、沙地、或者其他粉末状物体的绝对水分测量
(4)切勿在土壤杂质,石子、根、不容易溶解的环境中使用
(5)测量仪不能完全埋入土壤中,设备有标识
第3章 配置软件安装及使用
我司提供配套的“传感器监控软件”,可以方便的使用电脑读取传感器的参数,同时灵活的修改传感器的设备ID和地址。
3.1 传感器接入电脑
将传感器通过USB转485正确的连接电脑并提供供电后,可以在电脑中看到正确的COM口(“我的电脑—属性—设备管理器—端口”里面查看COM端口)。
如上图所示,此时您的串口号为COM10,请记住这个串口,需要在传感器监控软件中填入这个串口号。
如果在设备管理器中没有发现COM口,则意味您没有插入USB转485或者没有正确安装驱动,请联系技术人员取得帮助。
3.2 传感器监控软件的使用
软件界面如图所示:
打开软件后,首先选择软件顶端“传感器类型”,再根据3.1.1章节的方法获取到串口号并选择正确的串口,然后单击“自动获取当前波特率和地址”即可自动探测到当前485总线上的所有设备和波特率。请注意,使用软件自动获取时需要保证485总线上只有一个传感器。然后单击“连接设备”后即可实时获取传感器数据信息。
3.3 修改波特率和设备地址
在断开“设备连接”的情况下,点击“配置传感器通信参数”中“修改波特率和修改从站号”即可完成相关的设置,请注意设置过后请重启设备,然后“自动获取当前的波特率和地址”后可以发现地址和波特率已经改成您需要的地址和波特率。
第4章 通信协议
4.1 通讯基本参数
参数 | 内容 |
编码 | 8位二进制 |
数据位 | 8位 |
奇偶校验位 | 无 |
停止位 | 1位 |
错误校验 | CRC(冗余循环码) |
波特率 | 2400bps/4800bps/9600bps可设,出厂默认为9600bps |
4.2 数据帧格式定义
采用Modbus-RTU通讯规约,格式如下:
初始结构≥4字节的时间
地址码=1字节
功能码=1字节
数据区=N字节
错误校验=16位CRC码
结束结构≥4字节的时间
地址码:为变送器的地址,在通讯网络中是唯一的(出厂默认0x01)。
功能码:主机所发指令功能指示,本变送器只用到功能码0x03(读取寄存器数据)。
数据区:数据区是具体通讯数据,注意16bits数据高字节在前!
CRC码:二字节的校验码。
问询帧
地址码 | 功能码 | 寄存器起始地址 | 寄存器长度 | 校验码低位 | 校验码高位 |
1字节 | 1字节 | 2字节 | 2字节 | 1字节 | 1字节 |
应答帧
地址码 | 功能码 | 有效字节数 | 数据一区 | 第二数据区 | 第N数据区 | 校验码 |
1字节 | 1字节 | 1字节 | 2字节 | 2字节 | 2字节 | 2字节 |
4.3 寄存器地址
寄存器地址 | PLC组态地址 | 内容 | 操作 |
0020H | 40033 | 层1土壤热通量(单位1w/m2) | 只读 |
0021H | 40034 | 层2土壤热通量(单位1w/m2) | 只读 |
0022H | 40035 | 层3土壤热通量(单位1w/m2) | 只读 |
0023H | 40036 | 层4土壤热通量(单位1w/m2) | 只读 |
0024H | 40037 | 层5土壤热通量(单位1w/m2) | 只读 |
0025H | 40038 | 层6土壤热通量(单位1w/m2) | 只读 |
0100H | 40257 | 设备地址(0-252) | 读写 |
0101H | 40258 | 波特率(2400/4800/9600) | 读写 |
4.4 通讯协议示例以及解释
4.4.1 读取设备地址0x01的土壤热通量值
问询帧
地址码 | 功能码 | 起始地址 | 数据长度 | 校验码低位 | 校验码高位 |
0x01 | 0x03 | 0x00,0x20 | 0x00,0x06 | 0xC4 | 0x02 |
应答帧
地址码 | 功能码 | 有效字节数 | 层1热通量值 | 层2热通量值 | 层3热通量值 |
0x01 | 0x03 | 0x12 | 0x00,0x10 | 0xFF,0xF0 | 0x00,0x14 |
层4热通量值 | 层5热通量值 | 层6热通量值 | 校验码低位 | 校验码高位 |
0x00,0x17 | 0x00,0x20 | 0x00,0x15 | 0x3E | 0x5E |
6层土壤热通量:(默认为3层,按实际产品层数问询数值即可,3层的数据长度写3,6层的数据长度写6)
当热通量为负时以补码形式上传
0010H(十六进制)=16=>层1土壤热量=16w/m2
FFF0H(十六进制)=-16=>层2土壤热量=-16w/m2
0014H(十六进制)=20=>层3土壤热量=20w/m2
0017H(十六进制)=23=>层4土壤热量=23w/m2
0020H(十六进制)=32=>层5土壤热量=32w/m2
0015H(十六进制)=21=>层6土壤热量=21w/m2
第5章 传感器连接精讯云
4G/LoRa/NB-IOT版本具有连接精讯云,数据上报和查询功能。
5.1 精讯云介绍
精讯云,精讯畅通研发的一款通用性物联网云平台,以行业解决方案为基础,解决传统云平台重链接轻体验的问题,在链接基础上升级前段显示效果与风格,集成十余行业界面模板,是一套集合解决方案、数据采集、预警发布、远程控制、数据分析等为一体的物联网系统。精讯云提供数据记录、查询、导出、比较等功能,主要是在应用层为客户提供一站式的加入服务。
5.2 精讯云优势
(1)稳定性:高稳定性,系统总体可用率大于99.7%,数据库应用可用率大于99.8%,并且会定期维护。
(2)易操作性:提供友好的用户管理和使用界
(3)可靠性:,在系统设计时,通过选择优秀的产品和采用必要的技术手段确保系统的可靠性
(4)兼容性:其他公司产品按照我司服务器协议,数据也可在我司平台产看
(5)“千人千面”:具有私有化部署,同时提供正常入口和中性入口两个入口,从中性入口进入后,客户看到的界面信息为客户自行设定的信息
(6)微信小程序:可以手机微信简单、方便查看设备状态、数据、设备绑定地点等。
5.3 传感器数据查询
当您购买的传感器带有上报功能,您可以通过精讯云服务器远程查看数据,方便快捷。
传感器设备通过4G/NB-IOT网络模块和精讯云服务器建立连接,按照默认的频率(频率可调)将数据上报到云端服务器。
您只需使用已注册的精讯云账号登录服务器后,通过使用每台主机专有的“身份ID”即可查询设备的数据。
同时平台还具有报警功能,您只需通过平台设置报警数值,监测数据超过报警数值,平台会通过短信或者QQ邮箱通知您,让您更加方便、快捷的监测数据。
注:您可联系我司售后工作人员,了解平台的具体功能