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冻土监测传感器
产品简介
冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种土壤和岩石。精确测量冻土深度，掌握冻土带的消退移动情况，能够为冻土区工程建设、种植结构调整、气候变化等方面提供基础数据支持，具有重大的科学意义。
冻土监测传感器是一款高精度、高灵敏度的冻土深度测量仪器，采用FDR原理，根据监测仪在不同介电常数物质中的电磁波频率的变化测得各土层的湿度，利用高精度数字温度传感器测量各土层温度。
通过测量土壤介电常数的变化实现冻土的测量,土壤冻结时，其内部水分会相变为冰,水的介电常数远大于冰，利用水冻结相变后引起介电常数急剧变化的特性，建立了基于土壤介电常数与土壤温度的数学模型，可以准确连续测量土壤的冻结状态和冻土深度。
本传感器适用于冻土区，对植物培养、工程建设、科学试验等领域提供数据支持。
产品特点
●可同时测量土壤水分、土壤温度、土壤冻融状态。
●多深度测量能力，分辨率为2.5cm。
●传感器功耗低，体积小，安装操作及维护简单。
●采用优质塑料管，防老化，耐土壤中酸碱盐的腐蚀；
●可长期浸泡水中而不会发生渗漏；
●测量精度高，性能可靠；
●根据需求支持RS485输出或4G无线网络数据传输；
技术参数
供电方式 | DC12V 或 太阳能 | |
功耗 | 0.6W | |
输出形式 | RS485通讯 或 4G无线通讯 | |
冻土深度 | 测量范围 | 0-40cm (可扩展0-80cm) |
分辨率 | 2.5cm | |
精度 | ±2.5cm | |
土壤体积含水率 | 测量范围 | 干土～水分饱和土 |
分辨率 | 0.1% | |
测量精度 | ±3%（实验室） | |
土壤温度 | 测量范围 | -40℃～80℃ |
分辨率 | 0.1℃ | |
测量精度 | ±0.5℃ | |
外形尺寸 | 直径ϕ63mm，长度随采集深度而不同 | |
工作环境 | -40℃～80℃，0-100%RH | |
防护等级 | 地面部分IP67，地下部分IP68 | |
接线方法
线颜色 | 线定义 |
红色 | 电源正 |
黑色 | 电源地 |
黄色 | A／RS485+ |
蓝色 | B／RS485- |
安装位置
冻土监测站（点）应安装在具有代表性，能够代表所在区域的典型土壤，采集的指标能够反映当地实际情况。
应根据当地的土壤类型、地形地貌条件，综合确定监测站（点）的布设。因此，原则上应选取区域内土壤类别代表面积最大的代表性地块，土壤和地形条件变化大的地区，还应考虑地形地貌条件和信息传输的信号要求，尽量选取地形平坦的代表性地块。
监测站（点）应布置在距代表性地块边缘、路边20m 左右且平整的地块，应避开低洼易积水的地方，且同沟槽和供水渠道保持50m 以上的距离，避免沟渠水侧渗对土壤含水量产生影响。
安装方法及注意事项
1、用取土钻打孔，双手紧握手把并顺时针向下转动；
2、钻满土钻后拔出并清理土钻，重复此过程直至符合深度；
3、将传感器放入到已经打好的孔洞中，放入、取出应顺利。如果不顺利，请再用取土钻将不顺利的地方扩一下孔；
4、准备好泥浆，泥浆不能太稀也不能太稠，将泥浆倒入孔洞中，大约到孔洞的一半，然后将传感器插入孔洞中，左右旋转传感器，让泥浆在传感器周围均匀分布；
5、当传感器安装到合适的深度时（地平面和传感器的0cm点在一个水平面上），安装孔周围会累积溢出的一些泥浆，此时安装完成；
6、如有太阳能板，将太阳能板倾斜约45°角对准南方安装，让其最大程度的接受太阳光的照射，支架安装完毕后，将太阳能板连接线上的防水插头与传感器上的电源接口连接。
安装注意事项：
1打孔应垂直向下；
2孔深在安装深度的基础上再增加5cm，以保证安装底部有足够的空间压缩空气；
3严禁用重物敲打传感器；
4确认传感器开关按钮打开，仪器在工作。
MODBUS-RTU通讯协议
一、串口格式
数据位：8位
停止位：1或2位
校验位：无
波特率：9600，两次通信间隔1000ms以上。
二、通讯格式
【1】读取设备地址
发送：00 20 CRC （4个字节）
返回：00 20 Adress CRC （5个字节）
例如：发送 00 20 00 68
返回 00 20 01 A9 C0
【2】写入设备地址
发送：00 10 Adress CRC （5个字节）
返回：00 10 CRC （4个字节）
说明：1.读写地址命令的地址位必须是00。
2. Address为1个字节，范围为0-255.
例如：发送00 10 01 BD C0
返回00 10 00 7C
【3】读取实时数据
发送数据说明：
含义 | 字节数 | 说明 |
设备地址 | 1 | 设备唯一地址0-255 |
操作码 | 1 | 固定值0x03 |
寄存器起始编号 | 2 | 读取的第一个寄存器编号 |
读取寄存器个数 | 2 | 读取要素个数 |
CRC16校验 | 2 | 低前高后 |
返回数据说明：（以32层测量点为例）
含义 | 字节数 | 说明 |
地址码 | 1 | 设备唯一地址 |
操作码 | 1 | 读操作03 |
数据长度 | 2 | |
数据域 | 96 | 通道1：2.5cm土湿 通道2：2.5cm土温 通道3：2.5cm冻结状态 通道4： 5cm土湿 通道5： 5cm土温 通道6： 5cm冻结状态
依此类推…… |
校验码 | 2 | 低前高后 |
附：计算CRC码的步骤
1、预置16位寄存器为十六进制FFFF（即全为1）。称此寄存器为CRC寄存器；
2、把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或，把结果放于CRC寄存器；
3、把寄存器的内容右移一位（朝低位），用0填补最高位，检查最低位；
4、如果最低位为0：重复第3步（再次移位）
如果最低位为1：CRC寄存器与多项式A001(1010 0000 0000 0001)进行异或；
5、重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；
6、重复步骤2到步骤5，进行下一步8位数据的处理；
7、最后得到的CRC寄存器即为CRC码；
8、将CRC结果放入信息帧时，高低位交换，低位在前.
