1 產品介紹

產品簡介

電波流速儀是我司自主研制的一款非接觸式流速探測設備，可用于監測天然河流、明渠、地下管網等水體表面流速及輔助水處理作業。

本電波流速儀工作在24GHz ISM頻段，采用CW方式，可全天候實時探測水體流速信息，不受氣候、溫度、水面水汽及水中污染物影響。產品內置高效的后端處理算法，能夠準確得出水流速度。

本產品提供三種標準物理電路接口：RS232、RS485(默認)、4~20mA。

產品特點

※ 24GHz CW平面微帶雷達，帶鎖相環，頻度穩定度高

※ 非接觸式測量、安全低損、維護少、不受泥沙等影響

※ 全天候工作，不受溫度影響，抗干擾能力強

※ 測量運行和休眠模式相結合，節能降耗

※ 多種接口方式提供，便于接入平臺系統

※ IP67防水設計，適用各種野外環境

※ 外觀小巧緊湊，超高性價bi

※ 安裝簡單，土建量少

應用場景

※ 河道、灌渠、防汛等流速監測

※ 環保排污、水資源監測

※ 城市防洪、內澇等監控

※ 山區暴雨性洪水監測

圖1-2 應用安裝圖

產品參數

參   數說   明

測速范圍0.1 ~ 15m/s(與水流情況有關)

測速精度±0.01m/s; ±1%FS

分辨力0.01m/s

有效距離0.5 ~ 30 m

測量時間3 ~ 240s

間隔時間1 ~ 18000s

測量方向雙向可選

自動角度矯正30°~ 60°

通信接口RS-485/ RS-232 / 4-20mA電流環

接口通訊參數9600, 8, 1,None

通訊協議自定義ASCII/MODBUS

工作頻率24.000 ~ 24.250GHz可調

天線樣式平面微帶陣列天線， 14°× 32°

工作電壓+7~28V  DC

工作電流工作模式，工作電流 ≤ 120mA@12V

低功耗（休眠）模式，工作電流 ≤ 1mA@12V

工作溫度-40 ~60℃

防護等級IP67

尺寸(l×w×h)110×110×43 (mm)

外殼材料前蓋賽鋼(白)，后蓋鋁合金(黑)

尺寸信息

流速儀孔位及相關尺寸如圖1-3所示，單位mm。

2 開機測試

2.1出廠配置

流速儀出廠裝箱清單如表2-1：

表2-1 裝箱清單

名稱數量單位

K波段電波流速儀1臺

萬向軸支架1組

RVV六芯信號控制線1條

螺絲、工具包1袋

產品操作手冊1本

保修卡1張

設備到貨時，請先依照配件表檢查盒中配件是否齊全，如若有缺少，請及時聯系公司補寄配件。

流速儀出廠通訊及工作模式如表2-2：

表2-2 出廠通訊配置

參數名稱參數值單位

通訊接口RS485無

波特率9600無

設備地址1無

通訊協議MODBUS無

工作模式查詢上報無

2.2接口定義

電波流速儀與RVV通訊線的硬件連接器選用的是六芯航空插頭。設備端安裝的是六芯航空插座的母座，使用時將母座上套著的保護套撥開，接線端采用航空防水連接器如圖2-1所示:

航空插頭插入的時候兩部分的紅點要對齊，如圖中標記3所示的地方，同時拿住標記1所示的地方用力插入，聽到啪的一聲響即可插好。拔掉的時候，手拿住標記2所示的地方向外拔即可拔掉。

序號顏色定義備注

1綠4-20mA4-20mA輸出

2黃232TX/485A232通信發送/485通信A端

3紅VIN電源輸入正極

4棕GND電源輸入負極

5藍232RX/485B232通信接收/485通信B端

6橙預留暫未使用

表2-3 接口各引腳功能說明

如表2-3及圖2-4所示，紅色線為電源正極輸入，棕色線為電源和串口共用地線，黃色線為RS485正極/RS232發送線復用，藍色線為RS485負極/RS232接收線復用，綠色線為Iout(4~20mA)正極。

RS232通信接口zui大傳輸距離約為15m；RS485接口zui大傳輸距離約為1200m。

連接測試

設備出廠為RS485連線，所以按照RS485通訊連線以及電源線接好，同時通過轉換器將線接到電腦端。連接示意圖如下。

出貨產品如沒有特殊要求，一般默認設置為MODBUS協議。通訊接口設置為RS-485傳輸。

首先將設備按照上述接口定義正確連線，注意設備供電電源范圍為7~28V。

第二步，使用485轉串口線將設備連接到電腦

第三步，接通電源12V，打開串口助手，進行設備正常工作檢查。

串口助手設置為9600，n，8，1

第四步，連接設備，在串口發送框發送指令01 03 00 01 00 01 D5 CA

注意選擇HEX格式發送

第五步，設備將返回01 03 06 XXXX YYYY ZZZZ MMMM (XX為十六進制平均流速信息，YY為當前流速信息，ZZ為信噪比，MM為校驗碼)，可根據十六進制換算得到實際測量值；

第六步，將測量值和標準值對比，判斷流速儀工作是否正常。

3安裝

環境選擇及干擾

測流河段的選擇與測流準確性有直接的關系，為得到較好的測流結果，測流河段應盡量滿足以下條件：

1.測驗河段內不存在巨大石塊阻水,無大漩渦、亂流、湍流等現象。

2.測驗河段宜水流平順、流速沒有大變化，河段順直。

A 漂浮物干擾

對于較小面積（小于雷達照射區域一半）的或者快速通過雷達照射區域的漂浮物對測量結果影響較小，相反，面積較大、緩慢通過雷達照射區域的漂浮物會對測量產生干擾。出現這種問題可以通過后端處理，結合當前測量的前幾個和后幾個數據結果，對當前測量值進行屏蔽或者處理。

B 降雨干擾

流速儀內部集成了抑制降雨干擾的算法，可以有效降低降雨干擾，但要得到盡可能好的測量結果，可以配合采用以下措施：

1.安裝角度采用α = 30°安裝，如圖3-1所示。

2.在降雨情況下，對于偶爾出現的異常數據通過多次測量，對多次測量結果進行后端處理達到屏蔽異常值的目的。

圖3-1 流速儀30度安裝示意圖

3.2安裝方式

安裝流速儀進行流速測量，需要考慮幾個方面的細節。

A 安裝角度對測流影響

一般都需要將流速儀傾斜，與水面呈一個夾角。

流速儀安裝角度可以在30～60度的范圍內進行適當調整，注意安裝角度指的是流速儀天線平面與水平面的夾角（雷達波束與水平面夾角的余角），在某些河道水流不均勻環境下，大角度容易跳變，且安裝角度越小，對于降雨干擾的抑制越好，信號質量也越好，建議安裝角度30度左右，如圖3-1所示。

B 雷達波束對測流影響

流速儀雷達天線角度為14°×32°，因此使用流速儀進行測量，安裝的水平角度選擇14°還是32°，是有明顯區別的。流速儀照射水面時，照射區域類似一個橢圓區域，如圖3-2所示。因此準確理解雷達波的照射范圍有助于選擇合適的地方安裝，避免一些容易被干擾的場景，如河流兩邊隨風擺動的樹枝。

(a)                                                                       (b)

圖3-2 雷達傾斜后投影面示意圖

C 安裝高度對測流影響

同樣條件下，安裝高度越高，回波越弱，信號質量越差。安裝過低的話，水面對雷達波束有影響，且水上漲時有淹沒流速儀的可能，所以建議安裝高度在0.5米以上。同時安裝高度會影響雷達的照射區域，安裝越高，雷達波照射區域面積越大,可參考表3-1(實際安裝高度乘以下列值即為實際對應邊界)。

流速儀測速范圍為0.1 ~ 15m/s，對于低速來說，由于波紋小，信號回波弱，所以低速能測到前提是安裝高度不能太高。

表3-1 天線垂直方向角14度邊界計算(高度為1米)

安裝角度304560

A（m）0.3290.4991.029

B（m）0.6620.8111.147

 注：A為橢圓投影的長直徑，B為橢圓投影的短直徑

D 安裝示例及注意事項

流速儀安裝可以采用正向固定安裝、側向固定安裝和纜道安裝多種形式。

圖3-3 正向安裝示例圖

安裝流速計時，流速計前面板不能遮擋，否則會對雷達信號產生衰減，影響測量。

側面安裝時，水平旋轉角建議不要超過45度。

建議雷達波束朝水流來向，即圖3-4所示，雷達傾斜角（雷達波束與水平面夾角的余角）在30度到45度范圍內，推薦30度。

圖3-4 推薦安裝方式

3.3 485網絡終端電阻配置

在RS485總線的實際應用中，當傳輸距離超過一定的長度時，總線的抗干擾能力就會出現下降，在這種情況下，就要在RS485總線的首尾兩端接入120Ω的終端電阻，以保證RS485總線的穩定性。

RS485通信終端匹配電阻的正確接法是在RS485總線的首端的設備的出口和末端的設備的入口上各接一個120Ω的終端電阻，該終端匹配電阻并接在RS485總線的正負兩線之間。如下所示：

圖3-5  終端電阻配置圖

4設置

4.1設置說明

?流速計的通訊接口分別有：RS485，RS232，4-20mA，出廠默認為RS485通訊接口，用戶也可以根據自己需求設定自己想要的通訊方式。通訊接口不同，對本章內容無影響。

?流速計的通訊協議分為ASCII碼和MODBUS的十六進制方式，本章將會將這兩種方式分開示例。

?流速計的工作模式分為連續上報模式，間隔上報模式，休眠查詢上報模式。在間隔上報模式和休眠上報模式是針對低功耗的工作模式，發送指令時需要將指令重復發送兩次，其中以回車分開如下方例子。本章所有設置設定在連續工作模式條件下。

ASCII例：                         MODBUS例：

指令<回車>                        FDFDFDFDFDFD指令

指令<回車>

?ASCII通訊協議指令格式：

幀頭命令號地址命令參數命令尾

ASCII#XXXAXXX（回車）

16進制0X23------0X0D 0X0A

?MODBUS通訊協議指令格式：

起始設備地址功能代碼數據CRC校驗結束

T1-T2-T3-T48Bit8BitN個8Bit16BitT1-T2-T3-T4

響應說明

01 83 01 80 F0功能碼出錯

01 83 02 C0 F1寄存器地址出錯

01 83 03 01 31寄存器數量或數值出錯

01 83 04 40 F3CRC校驗出錯

FF為公共地址，03為查詢功能碼，06為設置功能碼

?指令詳細列表分別在協議代碼。

?若需要其他設置方法，請聯系本公司。

4.2流速查詢

4.2.1 MODBUS協議流速查詢

1.以16進制格式發送：01 03 00 01 00 01 D5 CA

2.以16進制查看響應：01 03 06 00 77 00 79 00 30 04 B3

3.返回結果為6個字節，其中平均數據為0x0077，表示1.19m/s，實時數據為0x0079，表示1.21m/s。

4.2.2 ASCII協議流速查詢

1.以ASCII格式發送：# 124 1 0<回車>

2.以ASCII格式查看響應流速。

4.3 通訊接口設置

通訊接口參數定義：1 （RS485），2（RS232）

4.3.1 MODBUS協議設置接口為RS232

1.以16進制格式發送：01 06 00 09 00 02 D8 09

2.以16進制查看響應是否和發送指令相同：01 06 00 09 00 02 D8 09（成功）

3.將接口按照RS232連接。

4.3.2 ASCII協議設置接口為RS232

1.以ASCII格式發送：# 115 1 2<回車>

2.以ASCII格式查看響應：Y（成功）  N（失敗）

3.若成功，將接口按照RS232連接

4.4波特率設置為115200

MODBUS協議波特率參數：1：4800   2：9600  3：14400  4：19200 5：38400  6：56000  7：57600  8：115200  9：128000

4.4.1  MODBUS協議設置接口波特率為115200

1.以16進制格式發送：01 06 00 0A 00 08 A8 0E

2.以16進制查看響應是否和發送指令相同：01 06 00 0A 00 08 A8 0E（成功）

3.將串口波特率設置為115200再次連接。

4.4.2 ASCII協議設置接口波特率為115200

1.以ASCII格式發送：# 128 1 8<回車>。

2.以ASCII格式查看響應：Y（成功）  N（失敗）。

3.若成功，將串口波特率設置為115200再次連接。

4.5 將通訊協議切換

通訊協議參數：1：ASCII協議, 3：MODBUS-RTU。

4.5.1 MODBUS協議轉換為ASCII協議

1.以16進制格式發送：01 06 00 08 00 01 C9 C8

2.以16進制查看響應是否和發送指令相同：01 06 00 08 00 01 C9 C8（成功）

3.將接受格式轉為ASCII格式。

4.5.2 ASCII協議轉換為MODBUS協議

1.以ASCII格式發送：# 134 1 3<回車>。

2.以ASCII格式查看響應：Y（成功）  N（失敗）。

3.若成功，將串口上位機配置接受和發送格式轉為16進制。

4.6測量時間設定

測量時間流速計測量計算的時間，時間越長，誤差越小，參數范圍（3-257）

4.6.1 MODBUS 協議設置測量時間為10s

1.以16進制格式發送：01 06 00 04 00 0A 48 0C

2.以16進制查看響應是否和發送指令相同：01 06 00 04 00 0A 48 0C（成功）

3.測量時間設置為10s。

4.6.2 ASCII 協議設置測量時間為10s

1.以ASCII格式發送：# 107 1 10<回車>。

2.以ASCII格式查看響應：Y（成功）  N（失敗）。

3.若成功，測量時間設置為10s。

4.7 地址設定及查詢

地址設定范圍為1-253,254為ASCII公共查詢地址,255(FF)為MODBUS廣播地址

4.7.1 MODBUS協議地址查詢

1.以16進制格式發送：FF 03 00 02 00 01 30 14

2.以16進制查看響應：FF 03 02 00 01 50 50（成功）

3.地址為1。

4.7.2 將MODBUS協議地址設置為2

1.以16進制格式發送：01 06 00 02 00 02 A9 CB

2.以16進制查看響應是否和發送指令相同：01 06 00 02 00 02 A9 CB（成功）

3.MODBUS協議地址設置為2。

4.7.3 ASCII協議地址查詢

1.以ASCII格式發送：# 100 254 0<回車>。

2.以ASCII格式查看響應地址。

4.7.4 ASCII協議地址設置為2

1.以ASCII格式發送：# 100 1 2<回車>。

2.以ASCII格式查看響應：Y（成功）  N（失敗）。

3.若成功，地址設置為2。

5 Q&A

Q：流速儀時不時出0？

A：1）請檢查設備傾斜角是否為建議的30°-45°。

2）請檢查水面波紋情況，是否為靜止無波紋。若波紋較少，可適當延長測量時間。

3）檢查設備前面板是否有遮擋。

4）若設備架設高度超過30m，請將測量時間延長為20s以上。

5）請檢查雷達波束范圍內是否有水草，或水位過低露出河底泥沙。可將設備移到干擾物范圍以外

Q：流速儀不出數據？

A：1）請檢查電源電路是否輸入正確，電壓是否過低，接入電源是否為直流，確認后請重新上電

2）串口號和串口波特率是否設置正確。

3）檢查通訊接口是否和設置的一致。

4）設備是否處于休眠模式或間隔模式，設備處于間隔模式則在間隔時間段無數據返回，設備若處于休眠模式需要查詢流速需要喚醒設備。

5）設備是否在MODBUS協議下，此協議下需要發送指令查詢流速。

6）檢查通訊協議，通訊地址，確認發送指令和工作狀態，重新上電，如果仍然無法正常通訊，請聯系售后。

Q：流速值跳變較大，且頻繁發生跳變？

A：1）檢查電源電壓是否過低。

2）測量范圍內是否常有其他漂浮物出現。

3）安裝位置是否固定，雷達波束是否對準待測物體。

4）設置適當跳變抑制，參考參數設置。

6協議代碼

6.1 MODBUS協議

6.11 雷達流速儀寄存器表

地址變量長度單位格式說明寄存器地址

0流速測量值16bitm/sU16/S16只讀00 01

1傳感器地址16bit無U16讀寫00 02

2水流傾斜角16bit次U16讀寫00 03

3測量時間16bit秒U16讀寫00 04

4水平旋轉角16bit度U16讀寫00 05

5發射頻率16bitMHzU16讀寫00 06

6平均數目16bit無U16讀寫00 07

7協議選擇16bit無U16讀寫00 08

8通訊接口選擇16bit無U16讀寫00 09

9波特率設置16bit無U16讀寫00 0A

12zui大速度限制16bitm/sU16讀寫00 0D

13測量模式選擇16bit無U16讀寫00 0E

154mA對應流速設定16bitm/sU16讀寫00 10

1620mA對應流速設定16bitm/sU16讀寫00 11

174-20mA接口控制16bit無U16讀寫00 12

18數據輸出模式16bit無U16讀寫00 13

19方向設置16bit無U16讀寫00 14

21平均流速16bitm/sU16/S16只讀00 16

22實時流速16bitm/sU16/S16只讀00 17

23信噪比16bit無U16只讀00 18

24流速計傾斜角16bit度U16只讀00 19

25增益控制16bit無U16讀寫00 1A

26計算頻譜16bit無U16讀寫00 1B

32命令響應模式16bit無U16讀寫00 21

37雷達發射功率控制16bit無U16讀寫00 26

43信噪比有效閾值16bit無U16讀寫00 2C

46測流方向選擇16bit無U16讀寫00 2F

48有效信噪比數據占比閾值16bit無U16讀寫00 31

6.2 ASCII通訊協議

6.2.1 指令表格

100地址設定命令格式# 100 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

地址查詢命令格式# 254 100 0<回車>

響應地址（1-253）

107測量時間命令格式# 107 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

108間隔時間命令格式# 108 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

111參數輸出命令格式# 111 A PARA<回車>

響應P參數值A/ERRORPARA(成功P參數值A,失敗ERRORPARA)，PARA為135時，輸出為P參數值AC特征值 U。

115通訊接口選擇命令格式# 115 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

117輸出數據選擇命令格式# 117 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

120測量模式選擇命令格式# 120 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

124查詢流速命令格式# 124 A 0<回車>

響應輸出流速值及其他參數。

128設置波特率命令格式# 128 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

134協議選擇命令格式# 134 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

154命令響應模式命令格式# 154 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

164測流方向選擇命令格式# 164 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

300復位命令格式# 300 A PARA<回車>

響應Y/N(成功Y,失敗N)

參數說明A為當前儀器地址（1-253）。

PARA為復位參數，取值0, 1,2表示基本參數恢復，300為出廠參數恢復，基本參數是除通訊及工作模式等以外的其他參數。

示例# 300 1 1031<回車>示例

7 MODBUS RTU通訊協議

一、通信協議硬件接口參數

水位計采用串口通信，默認參數如下：

通信參數串口電平波特率/bps奇偶校驗數據長度/bit停止位/bit

串口TTL9600無（none）81

每幀間隔超時時間50ms。

二、通信協議格式

水位計對外通信采用ModbusRTU通信協議，每一個完整的數據幀

包含：地址域、功能碼、數據和校驗。其中校驗為數據幀的CRC16 校

驗數據，低字節在前，高字節在后。水位計雷達出廠默認地址為1。

請求命令格式和雷達回復數據格式說明如下：

（1）查詢參數格式：功能碼0x03

請求：

設備地址功能碼起始地址寄存器數量CRC

（1字節）（1字節）（2字節）（2字節）（2字節）

回復：

設備地址功能碼數據長度寄存器值CRC

（1字節）（1字節）（1字節）（2xN字節）（2字節）

N：寄存器數量

（2）查詢參數格式：功能碼0x04

請求：

設備地址功能碼起始地址寄存器數量CRC

（1字節）（1字節）（2字節）（2字節）（2字節）

回復：

設備地址功能碼數據長度寄存器值CRC

（1 字節）（1 字節）（1 字節）（2xN 字節）（2 字節）

N：寄存器數量

（3）設置參數格式：功能碼0x10

請求

設備地址功能碼起始地址寄存器數量數據長度寄存器值CRC

（1字節）（1字節）（2字節）（2字節N）（1字節）（2N字節）（2字節）

回復：

設備地址功能碼數據長度寄存器值CRC

（1字節）（1字節）（1字節）（2xN字節）（2字節）

三、通信協議命令說明

以下對每個命令進行詳細說明：

1、設置指令：功能碼0x10

讀取命令：功能碼0x03

起始地址0x2000

偏移地址命令名稱數據格式單位

0低位調整0-65000mm

1高位調整0-65000mm

2量程0-65000mm

注釋：每一個參數占用一位寄存器地址，數據為U16或I16格式

舉例：

讀低位調整命令如下：

設備地址功能碼起始地址寄存器數量CRC

0x010x030x20001（2字節）

寫低位調整命令如下：

設備地址功能碼起始地址寄存器數量CRC

0x010x100x20001（2字節）

CRC 碼的計算規則：

預留16位寄存器為十六進制FFFF(即全為1)。稱此寄存器位CRC 奇存器;

把di

一位8位數據與16 位CRC 寄存器的地位相異或，把結果放于CRC 寄存器：

檢查zui低位是否為0，如為。則把寄存器的內容右移一位（朝低位），用填bu高位;

如為1把寄存器的內容右移一位（朝低位），用填bu高位，然后CRC 奇存器與多項式A001

(1010 0000 0000 0001) 進行異或；4.3.4、重復步驟3，直到右移8次，這樣整個8位數據全部進行了處理：

重復步驟2 到步驟4，進行下一個8位數據的處理；

最后得到的CRC 奇存器即為CRC碼。將CRC 結果放入信息幀時，將高地位交換，低位在前。

通訊協議范例：

主機發送數據：

站號功能碼起始地址讀取點數校驗碼意義

010300000001840A讀取空高，單位cm

010300010001D5CA讀取空高，單位mm

01030002000125CA讀取液位高，單位cm

010300030001740A讀取液位高，單位mm

質保及售后：

保修承諾：產品自交付期起質保期為12個月（因未按照相應的技術要求操作或其他的人為行為導致產品發生問題除外）。

售后承諾：用戶可以通過電話咨詢有關技術問題，并得到明確的解決方案。若屬于產品本身質量問題可返廠維修或更換。