栉壤仪变送器使用说明
第1章 产品介绍
1.1 产品概述
栉壤仪是一款以TDR非接触式测量原理设计的智能检测、安装便捷、测量准确等智慧农业新型土壤检测仪。
土壤的温湿度对作物的生长起着十分重要的作用,使用我司研发的栉壤仪可以准确检测土壤中温湿度,通过检测的数据来进行改善土壤,让农作物处于最佳的生存环境,从而提高产量,并且极大的方便了客户系统的评估土壤情况。
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 检测原理
栉壤仪是一种管式智能型土壤检测仪,采用TDR非接触式测量,它是通过发射高频脉冲信号,测得从土壤反射回来的反馈信号。
发射与反射回来的时间差于土壤含水量之间具有基本为线性对应逻辑关系,根据这个原理来计算土壤含水量数据。
与标准烘干法相比,栉壤仪数据差异仅±3%;
1.3 应用环境
广泛适用于园林灌溉监测、墒情监测、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温湿度的监测。
1.4 产品功能特点
l 实时监测不同层次土壤温湿度
l 塑料管中上下移动,实现对各个土层土壤水分含量的动态观测
l 设备采用标准的modbus协议
1.5 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
1.6 产品参数
参数名称 | 参数内容 |
土壤湿度测量范围 | 0-100% |
土壤湿度精度 | 0-53%(±3%)/53-100%(±5%) |
土壤湿度分辨率 | 0.1% |
土壤温度测量范围 | -20至80℃ |
土壤温度精度 | ±0.5℃ |
土壤温度分辨率 | 0.1℃ |
土壤盐分测量范围 | 0-10000us/cm |
土壤盐分精度 | ±3%满量程 |
土壤盐分分辨率 | 1us/cm |
通讯方式 | RS485(默认)/4G/NB-IOT/LoRa |
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 |
1.7 通讯参数
1.7.1 485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 |
1.7.2 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 |
1.7.3 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 |
1.7.4 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 |
1.8 土壤水分计算方式与含义
本传感器计算的土壤水分为土壤容积含水率(又称土壤体积含水率),就是通俗意义上人们说的“土壤湿度”、“土壤水分”。
土壤体积含水率的计算方式为土壤中水的体积与土的总体积的比值。0%代表的是完全干燥的土壤,没有任何水分,100%代表的是完全是水,没有任何土壤。
第2章 硬件连接
2.1 产品外观
下面两张图片分别是485版本和联网版本栉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
2.2.2 产品内部
下图是产品内部细节介绍说明,如图所示:
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)。
(4) 安装完成
向上拔出设备顶盖后,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。
2.6 太阳能板安装
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
l 测量仪必须垂直插入测试环境中
l 设备埋入测试环境时,切勿过力按压
l 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
l 切勿在土壤杂质,石子、根、不容易溶解的环境中使用
l 测量仪不能完全埋入土壤中,设备有标识
第3章 485版本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 |
|
0001H | 40002 | 层1设备地址 | 只读 |
|
0002H | 40003 | 层1土壤湿度(单位0.1%) | 只读 |
|
0003H | 40004 | 层1土壤温度(单位0.1℃) | 只读 |
|
| 0004H | 40005 | 层2设备地址 | 只读 |
|
0005H | 40006 | 层2土壤湿度(单位0.1%) | 只读 |
|
0006H | 40007 | 层2土壤温度(单位0.1℃) | 只读 |
|
| 0007H | 40008 | 层3设备地址 | 只读 |
|
0008H | 40009 | 层3土壤湿度(单位0.1%) | 只读 |
|
0009H | 40010 | 层3土壤温度(单位0.1℃) | 只读 |
|
| 000AH | 40011 | 层4设备地址 | 只读 |
| 000BH | 40012 | 层4土壤盐分(单位1us/cm) | 只读 |
|
| 000CH | 40013 | 层4土壤温度(单位0.1℃) | 只读 |
|
0100H | 40257 | 设备地址(0-252) | 读写 |
|
0101H | 40258 | 波特率(2400/4800/9600) | 读写 |
|
注:此寄存器地址为接3节温湿度采集板和一节盐分采集板的产品,请以实际采集板数量为准,若再多一节采集板,则往后多3个寄存器地址,分别表示设备地址、此层的土壤湿度、此层的土壤温度,盐分为最后一节采集板。
4.4 通讯协议示例以及解释
4.4.1 读取设备地址0x01的3层土壤温湿度值
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 | 0x00,0x01 | 0x00,0x0B | 0x55 | 0xCD |
应答帧
地址码 | 功能码 | 有效字节数 | 层1设备地址 | 层1湿度值 | 层1温度值 | 层2设备地址 | 层2湿度值 |
0x01 | 0x03 | 0x14 | 0X00,0X01 | 0x01,0x4C | 0x00,0xE1 | 0X00,0X02 | 0x01,0x41 |
层2温度值 | 层3设备地址 | 层3湿度值 | 层3温度值 | 层4设备地址 | 层4盐分值 | 校验码低位 | 校验码高位 |
0x00,0xDB | 0X00,0X03 | 0x01,0x39 | 0x00,0xD9 | 0X00,0X04 | 0x02,0x37 | 0x99 | 0x1F |
层1土壤温度:
00E1H(十六进制)=225=>土壤温度=22.5℃
层1土壤湿度:
014CH(十六进制)=332=>土壤湿度=33.2%
层2土壤温度:
00DBH(十六进制)=219=>土壤温度=21.9℃
层2土壤湿度:
0141H(十六进制)=321=>土壤湿度=32.1%
层3土壤温度:
00D9H(十六进制)=217=>土壤温度=21.7℃
层3土壤湿度:
0139H(十六进制)=313=>土壤湿度=31.3%
层4土壤盐分:
0237H(十六进制)=567=>土壤盐分=567us/cm
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