品牌:耘农智慧
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1 产品介绍
产品简介
电波流速仪是我司自主研制的一款非接触式流速探测设备，可用于监测天然河流、明渠、地下管网等水体表面流速及辅助水处理作业。
本电波流速仪工作在24GHz ISM频段，采用CW方式，可全天候实时探测水体流速信息，不受气候、温度、水面水汽及水中污染物影响。产品内置高效的后端处理算法，能够准确得出水流速度。
本产品提供三种标准物理电路接口：RS232、RS485(默认)、4~20mA。
产品特点
※ 24GHz CW平面微带雷达，带锁相环，频度稳定度高
※ 非接触式测量、安全低损、维护少、不受泥沙等影响
※ 全天候工作，不受温度影响，抗干扰能力强
※ 测量运行和休眠模式相结合，节能降耗
※ 多种接口方式提供，便于接入平台系统
※ IP67防水设计，适用各种野外环境
※ 外观小巧紧凑，超高性价比
※ 安装简单，土建量少
应用场景
※ 河道、灌渠、防汛等流速监测
※ 环保排污、水资源监测
※ 城市防洪、内涝等监控
※ 山区暴雨性洪水监测
图1-2 应用安装图
产品参数
参 数 说 明
测速范围 0.1 ~ 15m/s(与水流情况有关)
测速精度 ±0.01m/s; ±1%FS
分辨力 0.01m/s
有效距离 0.5 ~ 30 m
测量时间 3 ~ 240s
间隔时间 1 ~ 18000s
测量方向 双向可选
自动角度矫正 30°~ 60°
通信接口 RS-485/ RS-232 / 4-20mA电流环
接口通讯参数 9600, 8, 1,None
通讯协议 自定义ASCII/MODBUS
工作频率 24.000 ~ 24.250GHz可调
天线样式 平面微带阵列天线， 14°× 32°
工作电压 +7~28V DC
工作电流 工作模式，工作电流 ≤ 120mA@12V
低功耗（休眠）模式，工作电流 ≤ 1mA@12V
工作温度 -40 ~60℃
防护等级 IP67
尺寸(l×w×h) 110×110×43 (mm)
外壳材料 前盖赛钢(白)，后盖铝合金(黑)
尺寸信息
流速仪孔位及相关尺寸如图1-3所示，单位mm。
2 开机测试
2.1出厂配置
流速仪出厂装箱清单如表2-1：
表2-1 装箱清单
名称 数量 单位
K波段电波流速仪 1 台
万向轴支架 1 组
RVV六芯信号控制线 1 条
螺丝、工具包 1 袋
产品操作手册 1 本
保修卡 1 张
设备到货时，请先依照配件表检查盒中配件是否齐全，如若有缺少，请及时联系公司补寄配件。
流速仪出厂通讯及工作模式如表2-2：
表2-2 出厂通讯配置
参数名称 参数值 单位
通讯接口 RS485 无
波特率 9600 无
设备地址 1 无
通讯协议 MODBUS 无
工作模式 查询上报 无
2.2接口定义
电波流速仪与RVV通讯线的硬件连接器选用的是六芯航空插头。设备端安装的是六芯航空插座的母座，使用时将母座上套着的保护套拨开，接线端采用航空防水连接器如图2-1所示:
航空插头插入的时候两部分的红点要对齐，如图中标记3所示的地方，同时拿住标记1所示的地方用力插入，听到啪的一声响即可插好。拔掉的时候，手拿住标记2所示的地方向外拔即可拔掉。
序号 颜色 定义 备注
1 绿 4-20mA 4-20mA输出
1 绿 4-20mA 4-20mA输出
2 黄 232TX/485A 232通信发送/485通信A端
3 红 VIN 电源输入正极
4 棕 GND 电源输入负极
5 蓝 232RX/485B 232通信接收/485通信B端
6 橙 预留 暂未使用
表2-3 接口各引脚功能说明
如表2-3及图2-4所示，红色线为电源正极输入，棕色线为电源和串口共用地线，黄色线为RS485正极/RS232发送线复用，蓝色线为RS485负极/RS232接收线复用，绿色线为Iout(4~20mA)正极。
RS232通信接口最大传输距离约为15m；RS485接口最大传输距离约为1200m。
连接测试
设备出厂为RS485连线，所以按照RS485通讯连线以及电源线接好，同时通过转换器将线接到电脑端。连接示意图如下。
出货产品如没有特殊要求，一般默认设置为MODBUS协议。通讯接口设置为RS-485传输。
首先将设备按照上述接口定义正确连线，注意设备供电电源范围为7~28V。
第二步，使用485转串口线将设备连接到电脑
第三步，接通电源12V，打开串口助手，进行设备正常工作检查。
串口助手设置为9600，n，8，1
第四步，连接设备，在串口发送框发送指令01 03 00 01 00 01 D5 CA
注意选择HEX格式发送
第五步，设备将返回01 03 06 XXXX YYYY ZZZZ MMMM (XX为十六进制平均流速信息，YY为当前流速信息，ZZ为信噪比，MM为校验码)，可根据十六进制换算得到实际测量值；
第六步，将测量值和标准值对比，判断流速仪工作是否正常。
3安装
环境选择及干扰
测流河段的选择与测流准确性有直接的关系，为得到较好的测流结果，测流河段应尽量满足以下条件：
1.测验河段内不存在巨大石块阻水,无大漩涡、乱流、湍流等现象。
2.测验河段宜水流平顺、流速没有大变化，河段顺直。
A 漂浮物干扰
对于较小面积（小于雷达照射区域一半）的或者快速通过雷达照射区域的漂浮物对测量结果影响较小，相反，面积较大、缓慢通过雷达照射区域的漂浮物会对测量产生干扰。出现这种问题可以通过后端处理，结合当前测量的前几个和后几个数据结果，对当前测量值进行屏蔽或者处理。
B 降雨干扰
流速仪内部集成了抑制降雨干扰的算法，可以有效降低降雨干扰，但要得到尽可能好的测量结果，可以配合采用以下措施：
1.安装角度采用α = 30°安装，如图3-1所示。
2.在降雨情况下，对于偶尔出现的异常数据通过多次测量，对多次测量结果进行后端处理达到屏蔽异常值的目的。
图3-1 流速仪30度安装示意图
3.2安装方式
安装流速仪进行流速测量，需要考虑几个方面的细节。
A 安装角度对测流影响
一般都需要将流速仪倾斜，与水面呈一个夹角。
流速仪安装角度可以在30～60度的范围内进行适当调整，注意安装角度指的是流速仪天线平面与水平面的夹角（雷达波束与水平面夹角的余角），在某些河道水流不均匀环境下，大角度容易跳变，且安装角度越小，对于降雨干扰的抑制越好，信号质量也越好，建议安装角度30度左右，如图3-1所示。
B 雷达波束对测流影响
流速仪雷达天线角度为14°×32°，因此使用流速仪进行测量，安装的水平角度选择14°还是32°，是有明显区别的。流速仪照射水面时，照射区域类似一个椭圆区域，如图3-2所示。因此准确理解雷达波的照射范围有助于选择合适的地方安装，避免一些容易被干扰的场景，如河流两边随风摆动的树枝。
(a) (b)
图3-2 雷达倾斜后投影面示意图
C 安装高度对测流影响
同样条件下，安装高度越高，回波越弱，信号质量越差。安装过低的话，水面对雷达波束有影响，且水上涨时有淹没流速仪的可能，所以建议安装高度在0.5米以上。同时安装高度会影响雷达的照射区域，安装越高，雷达波照射区域面积越大,可参考表3-1(实际安装高度乘以下列值即为实际对应边界)。
流速仪测速范围为0.1 ~ 15m/s，对于低速来说，由于波纹小，信号回波弱，所以低速能测到前提是安装高度不能太高。
表3-1 天线垂直方向角14度边界计算(高度为1米)
安装角度 30 45 60
A（m） 0.329 0.499 1.029
B（m） 0.662 0.811 1.147
注：A为椭圆投影的长直径，B为椭圆投影的短直径
D 安装示例及注意事项
流速仪安装可以采用正向固定安装、侧向固定安装和缆道安装多种形式。
图3-3 正向安装示例图
安装流速计时，流速计前面板不能遮挡，否则会对雷达信号产生衰减，影响测量。
侧面安装时，水平旋转角建议不要超过45度。
建议雷达波束朝水流来向，即图3-4所示，雷达倾斜角（雷达波束与水平面夹角的余角）在30度到45度范围内，推荐30度。
图3-4 推荐安装方式
3.3 485网络终端电阻配置
在RS485总线的实际应用中，当传输距离超过一定的长度时，总线的抗干扰能力就会出现下降，在这种情况下，就要在RS485总线的首尾两端接入120Ω的终端电阻，以保证RS485总线的稳定性。
RS485通信终端匹配电阻的正确接法是在RS485总线的首端的设备的出口和末端的设备的入口上各接一个120Ω的终端电阻，该终端匹配电阻并接在RS485总线的正负两线之间。如下所示：
图3-5 终端电阻配置图
4设置
4.1设置说明
流速计的通讯接口分别有：RS485，RS232，4-20mA，出厂默认为RS485通讯接口，用户也可以根据自己需求设定自己想要的通讯方式。通讯接口不同，对本章内容无影响。
流速计的通讯协议分为ASCII码和MODBUS的十六进制方式，本章将会将这两种方式分开示例。
流速计的工作模式分为连续上报模式，间隔上报模式，休眠查询上报模式。在间隔上报模式和休眠上报模式是针对低功耗的工作模式，发送指令时需要将指令重复发送两次，其中以回车分开如下方例子。本章所有设置设定在连续工作模式条件下。
ASCII例： MODBUS例：
指令<回车> FDFDFDFDFDFD指令
指令<回车>
ASCII通讯协议指令格式：
帧头 命令号 地址 命令参数 命令尾
ASCII # XXX A XXX （回车）
16进制 0x23 -- -- -- 0x0D 0x0A
MODBUS通讯协议指令格式：
起始 设备地址 功能代码 数据 CRC校验 结束
T1-T2-T3-T4 8Bit 8Bit N个8Bit 16Bit T1-T2-T3-T4
响应 说明
01 83 01 80 F0 功能码出错
01 83 02 C0 F1 寄存器地址出错
01 83 03 01 31 寄存器数量或数值出错
01 83 04 40 F3 CRC校验出错
FF为公共地址，03为查询功能码，06为设置功能码
指令详细列表分别在协议代码。
若需要其他设置方法，请联系本公司。
4.2流速查询
4.2.1 MODBUS协议流速查询
1.以16进制格式发送：01 03 00 01 00 01 D5 CA
2.以16进制查看响应：01 03 06 00 77 00 79 00 30 04 B3
3.返回结果为6个字节，其中平均数据为0x0077，表示1.19m/s，实时数据为0x0079，表示1.21m/s。
4.2.2 ASCII协议流速查询
1.以ASCII格式发送：# 124 1 0<回车>
2.以ASCII格式查看响应流速。
4.3 通讯接口设置
通讯接口参数定义：1 （RS485），2（RS232）
4.3.1 MODBUS协议设置接口为RS232
1.以16进制格式发送：01 06 00 09 00 02 D8 09
2.以16进制查看响应是否和发送指令相同：01 06 00 09 00 02 D8 09（成功）
3.将接口按照RS232连接。
4.3.2 ASCII协议设置接口为RS232
1.以ASCII格式发送：# 115 1 2<回车>
2.以ASCII格式查看响应：Y（成功） N（失败）
3.若成功，将接口按照RS232连接
4.4波特率设置为115200
MODBUS协议波特率参数：1：4800 2：9600 3：14400 4：19200 5：38400 6：56000 7：57600 8：115200 9：128000
4.4.1 MODBUS协议设置接口波特率为115200
1.以16进制格式发送：01 06 00 0A 00 08 A8 0E
2.以16进制查看响应是否和发送指令相同：01 06 00 0A 00 08 A8 0E（成功）
3.将串口波特率设置为115200再次连接。
4.4.2 ASCII协议设置接口波特率为115200
1.以ASCII格式发送：# 128 1 8<回车>。
2.以ASCII格式查看响应：Y（成功） N（失败）。
3.若成功，将串口波特率设置为115200再次连接。
4.5 将通讯协议切换
通讯协议参数：1：ASCII协议, 3：MODBUS-RTU。
4.5.1 MODBUS协议转换为ASCII协议
1.以16进制格式发送：01 06 00 08 00 01 C9 C8
2.以16进制查看响应是否和发送指令相同：01 06 00 08 00 01 C9 C8（成功）
3.将接受格式转为ASCII格式。
4.5.2 ASCII协议转换为MODBUS协议
1.以ASCII格式发送：# 134 1 3<回车>。
2.以ASCII格式查看响应：Y（成功） N（失败）。
3.若成功，将串口上位机配置接受和发送格式转为16进制。
4.6测量时间设定
测量时间流速计测量计算的时间，时间越长，误差越小，参数范围（3-257）
4.6.1 MODBUS 协议设置测量时间为10s
1.以16进制格式发送：01 06 00 04 00 0A 48 0C
2.以16进制查看响应是否和发送指令相同：01 06 00 04 00 0A 48 0C（成功）
3.测量时间设置为10s。
4.6.2 ASCII 协议设置测量时间为10s
1.以ASCII格式发送：# 107 1 10<回车>。
2.以ASCII格式查看响应：Y（成功） N（失败）。
3.若成功，测量时间设置为10s。
4.7 地址设定及查询
地址设定范围为1-253,254为ASCII公共查询地址,255(FF)为MODBUS广播地址
4.7.1 MODBUS协议地址查询
1.以16进制格式发送：FF 03 00 02 00 01 30 14
2.以16进制查看响应：FF 03 02 00 01 50 50（成功）
3.地址为1。
4.7.2 将MODBUS协议地址设置为2
1.以16进制格式发送：01 06 00 02 00 02 A9 CB
2.以16进制查看响应是否和发送指令相同：01 06 00 02 00 02 A9 CB（成功）
3.MODBUS协议地址设置为2。
4.7.3 ASCII协议地址查询
1.以ASCII格式发送：# 100 254 0<回车>。
2.以ASCII格式查看响应地址。
4.7.4 ASCII协议地址设置为2
1.以ASCII格式发送：# 100 1 2<回车>。
2.以ASCII格式查看响应：Y（成功） N（失败）。
3.若成功，地址设置为2。
5 Q&A
Q：流速仪时不时出0？
A：1）请检查设备倾斜角是否为建议的30°-45°。
2）请检查水面波纹情况，是否为静止无波纹。若波纹较少，可适当延长测量时间。
3）检查设备前面板是否有遮挡。
4）若设备架设高度超过30m，请将测量时间延长为20s以上。
5）请检查雷达波束范围内是否有水草，或水位过低露出河底泥沙。可将设备移到干扰物范围以外
Q：流速仪不出数据？
A：1）请检查电源电路是否输入正确，电压是否过低，接入电源是否为直流，确认后请重新上电
2）串口号和串口波特率是否设置正确。
3）检查通讯接口是否和设置的一致。
4）设备是否处于休眠模式或间隔模式，设备处于间隔模式则在间隔时间段无数据返回，设备若处于休眠模式需要查询流速需要唤醒设备。
5）设备是否在MODBUS协议下，此协议下需要发送指令查询流速。
6）检查通讯协议，通讯地址，确认发送指令和工作状态，重新上电，如果仍然无法正常通讯，请联系售后。
Q：流速值跳变较大，且频繁发生跳变？
A：1）检查电源电压是否过低。
2）测量范围内是否常有其他漂浮物出现。
3）安装位置是否固定，雷达波束是否对准待测物体。
4）设置适当跳变抑制，参考参数设置。
6协议代码
6.1 MODBUS协议
6.11 雷达流速仪寄存器表
地址 变量 长度 单位 格式 说明 寄存器地址
0 流速测量值 16bit m/s U16/S16 只读 00 01
1 传感器地址 16bit 无 U16 读写 00 02
2 水流倾斜角 16bit 次 U16 读写 00 03
3 测量时间 16bit 秒 U16 读写 00 04
4 水平旋转角 16bit 度 U16 读写 00 05
5 发射频率 16bit MHz U16 读写 00 06
6 平均数目 16bit 无 U16 读写 00 07
7 协议选择 16bit 无 U16 读写 00 08
8 通讯接口选择 16bit 无 U16 读写 00 09
9 波特率设置 16bit 无 U16 读写 00 0A
12 最大速度限制 16bit m/s U16 读写 00 0D
13 测量模式选择 16bit 无 U16 读写 00 0E
15 4mA对应流速设定 16bit m/s U16 读写 00 10
16 20mA对应流速设定 16bit m/s U16 读写 00 11
17 4-20mA接口控制 16bit 无 U16 读写 00 12
18 数据输出模式 16bit 无 U16 读写 00 13
19 方向设置 16bit 无 U16 读写 00 14
21 平均流速 16bit m/s U16/S16 只读 00 16
22 实时流速 16bit m/s U16/S16 只读 00 17
23 信噪比 16bit 无 U16 只读 00 18
24 流速计倾斜角 16bit 度 U16 只读 00 19
25 增益控制 16bit 无 U16 读写 00 1A
26 计算频谱 16bit 无 U16 读写 00 1B
32 命令响应模式 16bit 无 U16 读写 00 21
37 雷达发射功率控制 16bit 无 U16 读写 00 26
43 信噪比有效阈值 16bit 无 U16 读写 00 2C
46 测流方向选择 16bit 无 U16 读写 00 2F
48 有效信噪比数据占比阈值 16bit 无 U16 读写 00 31
6.2 ASCII通讯协议
6.2.1 指令表格
100 地址设定 命令格式 # 100 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
地址查询 命令格式 # 254 100 0<回车>
响应 地址（1-253）
107 测量时间 命令格式 # 107 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
108 间隔时间 命令格式 # 108 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
111 参数输出 命令格式 # 111 A PARA<回车>
响应 P参数值A/ERRORPARA(成功P参数值A,失败ERRORPARA)，PARA为135时，输出为P参数值AC特征值 U。
115 通讯接口选择 命令格式 # 115 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
117 输出数据选择 命令格式 # 117 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
120 测量模式选择 命令格式 # 120 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
124 查询流速 命令格式 # 124 A 0<回车>
响应 输出流速值及其他参数。
128 设置波特率 命令格式 # 128 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
134 协议选择 命令格式 # 134 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
154 命令响应模式 命令格式 # 154 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
164 测流方向选择 命令格式 # 164 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
300 复位 命令格式 # 300 A PARA<回车>
响应 Y/N(成功Y,失败N)
参数说明 A为当前仪器地址（1-253）。
PARA为复位参数，取值0, 1,2表示基本参数恢复，300为出厂参数恢复，基本参数是除通讯及工作模式等以外的其他参数。
示例 # 300 1 1031<回车> 示例
7 MODBUS RTU通讯协议
一、通信协议硬件接口参数
水位计采用串口通信，默认参数如下：
通信参数 串口电平 波特率/bps 奇偶校验 数据长度/bit 停止位/bit
串口 TTL 9600 无（none） 8 1
每帧间隔超时时间50ms。
二、通信协议格式
水位计对外通信采用ModbusRTU通信协议，每一个完整的数据帧
包含：地址域、功能码、数据和校验。其中校验为数据帧的CRC16 校
验数据，低字节在前，高字节在后。水位计雷达出厂默认地址为1。
请求命令格式和雷达回复数据格式说明如下：
（1）查询参数格式：功能码0x03
请求：
设备地址 功能码 起始地址 寄存器数量 CRC
（1字节） （1字节） （2字节） （2字节） （2字节）
回复：
设备地址 功能码 数据长度 寄存器值 CRC
（1字节） （1字节） （1字节） （2xN字节） （2字节）
N：寄存器数量
（2）查询参数格式：功能码0x04
请求：
设备地址 功能码 起始地址 寄存器数量 CRC
（1字节） （1字节） （2字节） （2字节） （2字节）
回复：
设备地址 功能码 数据长度 寄存器值 CRC
（1 字节） （1 字节） （1 字节） （2xN 字节） （2 字节）
N：寄存器数量
（3）设置参数格式：功能码0x10
请求
设备地址 功能码 起始地址 寄存器数量 数据长度 寄存器值 CRC
（1字节） （1字节） （2字节） （2字节N） （1字节） （2N字节） （2字节）
回复：
设备地址 功能码 数据长度 寄存器值 CRC
（1字节） （1字节） （1字节） （2xN字节） （2字节）
三、通信协议命令说明
以下对每个命令进行详细说明：
1、设置指令：功能码0x10
读取命令：功能码0x03
起始地址0x2000
偏移地址 命令名称 数据格式 单位
0 低位调整 0-65000 mm
1 高位调整 0-65000 mm
2 量程 0-65000 mm
注释：每一个参数占用一位寄存器地址，数据为U16或I16格式
举例：
读低位调整命令如下：
设备地址 功能码 起始地址 寄存器数量 CRC
0x01 0x03 0x2000 1 （2字节）
写低位调整命令如下：
设备地址 功能码 起始地址 寄存器数量 CRC
0x01 0x10 0x2000 1 （2字节）
CRC 码的计算规则：
预留16位寄存器为十六进制FFFF(即全为1)。称此寄存器位CRC 奇存器;
把第
一位8位数据与16 位CRC 寄存器的地位相异或，把结果放于CRC 寄存器：
检查最低位是否为0，如为。则把寄存器的内容右移一位（朝低位），用填补高位;
如为1把寄存器的内容右移一位（朝低位），用填补高位，然后CRC 奇存器与多项式A001
(1010 0000 0000 0001) 进行异或；4.3.4、重复步骤3，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理：
重复步骤2 到步骤4，进行下一个8位数据的处理；
最后得到的CRC 奇存器即为CRC码。将CRC 结果放入信息帧时，将高地位交换，低位在前。
通讯协议范例：
主机发送数据：
站号 功能码 起始地址 读取点数 校验码 意义
01 03 0000 0001 840A 读取空高，单位cm
01 03 0001 0001 D5CA 读取空高，单位mm
01 03 0002 0001 25CA 读取液位高，单位cm
01 03 0003 0001 740A 读取液位高，单位mm
质保及售后：
保修承诺：产品自交付期起质保期为12个月（因未按照相应的技术要求操作或其他的人为行为导致产品发生问题除外）。
售后承诺：用户可以通过电话咨询有关技术问题，并得到明确的解决方案。若属于产品本身质量问题可返厂维修或更换。