WAD200雷达流速计传感器

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jia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4-20mA4-20mA输出

2黄232TX/485A232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/485B232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zui大传输距离约为15m；RS485接口zui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304560

A（m）0.3290.4991.029

B（m）0.6620.8111.147

  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#XXXAXXX（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-T48Bit8BitN个8Bit16BitT1-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 F3CRC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16bitm/sU16/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16bitMHzU16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

12zui大速度限制16bitm/sU16读写00 0D

13测量模式选择16bit无U16读写00 0E

154mA对应流速设定16bitm/sU16读写00 10

1620mA对应流速设定16bitm/sU16读写00 11

174-20mA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16bitm/sU16/S16只读00 16

22实时流速16bitm/sU16/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TTL9600无（none）81

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0-65000mm

1高位调整0-65000mm

2量程0-65000mm

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

0x010x030x20001（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

0x010x100x20001（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di

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zui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bu高位;

如为1把寄存器的内容右移一位（朝低位），用填bu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

010300000001840A读取空高，单位cm

010300010001D5CA读取空高，单位mm

01030002000125CA读取液位高，单位cm

010300030001740A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。