XF-CQ10能见度传感器

　　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、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。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

　　00 03 00 00 00 01 85 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

　　00 03 02 00 FF C5 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

　　00 06 00 00 00 01 49 DB

　　保留地址 功能码 寄存器地址 新地址 CRC16 校验位

　　回复：00 06 00 00 00 01 49 DB

　　00 06 00 00 00 01 49 DB

　　保留地址 功能码 寄存器地址 新地址 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，非人士请勿自行更改！！！

　　发送：00 06 01 02 00 02 A9 E6

　　00 06 01 02 00 02 A9 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

　　00 06 01 02 00 02 A9 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

　　FF 03 00 02 00 02 70 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

　　FF 03 04 00 00 15 DC EA 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！