一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介
隨著交通運(yùn)輸業(yè)不斷發(fā)展，中長(zhǎng)型隧道在公路建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。隧道作為一個(gè)半封閉的柱狀空間，具有縱深長(zhǎng)、封閉性強(qiáng)等特點(diǎn)。機(jī)動(dòng)車輪胎與地面的摩擦和排放的尾氣，如不及時(shí)合理的排放出去，極易造成CO和懸浮顆粒物的聚集，將直接關(guān)系到行經(jīng)隧道的車輛司乘人員和維護(hù)工作人員的人身安全。COVI檢測(cè)器是用來在線采集VI(隧道能見度)和CO濃度的設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，提供給隧道相關(guān)的監(jiān)管部門，為隧道通風(fēng)及道路安全通行提供決策依據(jù)。
XF-CQ15隧道COVI檢測(cè)器利用光學(xué)透射原理，實(shí)時(shí)檢測(cè)隧道環(huán)境內(nèi)的一氧化碳濃度和VI值，可以反應(yīng)出隧道內(nèi)車輛排放廢氣在隧道內(nèi)的聚集程度。提供不同輸出方式，當(dāng)數(shù)據(jù)較高時(shí)，及時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)警。
1.1原理介紹
按照檢測(cè)原理不同，能見度檢測(cè)儀主要分為透射測(cè)量?jī)x和散射測(cè)量?jī)x。散射型測(cè)量?jī)x根據(jù)其測(cè)量原理分為前向散射法與后向散射法。前向散射法取樣空間較小，測(cè)量結(jié)果的代表性較差；后向散射法取樣空間大，但要求采樣空間內(nèi)無障礙物，因此無法適用于隧道狹窄空間。透射類測(cè)量?jī)x因其測(cè)量直接、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且更加適用于對(duì)低能見度檢測(cè)，針對(duì)數(shù)據(jù)精度要求較高但對(duì)儀器體積要求不高的場(chǎng)所，因而更適合隧道特殊環(huán)境。
氣象學(xué)中，能見度被定義為在一定的大氣透明度下，人眼能發(fā)現(xiàn)的以水平天空為背景的黑色目標(biāo)物的zui大距離。水平大氣能見度Koschmieder定律：
式中：V 為以水平天空為背景的黑色目標(biāo)物能見度，σ為觀測(cè)方向大氣水平消光系數(shù)，ε為視覺反應(yīng)閾值，取推薦值 0.05。能見度測(cè)量的關(guān)鍵即為如何準(zhǔn)確測(cè)量大氣消光系數(shù)σ。
設(shè)光源初始光強(qiáng)為I0，在光學(xué)路徑L處探測(cè)器接收到的光強(qiáng)為I假設(shè)在光的傳輸路徑上大氣均勻分布，則光輻射在大氣中的衰減遵循比爾朗博定律，即：
聯(lián)立式(1)、(2)兩式即可推導(dǎo)出能見度 V、光學(xué)路徑長(zhǎng)度L、透過率τ三者之間關(guān)系：
由式(3)可知，能見度距離只與大氣透過率相關(guān)，而大氣透過率由I0和I 計(jì)算得到。因此，準(zhǔn)確測(cè)得光源發(fā)光的始末光強(qiáng)值，即可計(jì)算得到能見度。由于不同人群在不同環(huán)境下的視覺反應(yīng)閾值不同，由此計(jì)算得到的能見度計(jì)算結(jié)果并不準(zhǔn)確，因此能見度計(jì)算以消
光系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。
依據(jù)上述理論，COVI檢測(cè)器根據(jù)透射原理工作，發(fā)射/接收器和反射器對(duì)向安裝，在固定好支架并對(duì)準(zhǔn)后，光學(xué)部件發(fā)出的高聚焦檢測(cè)光束。發(fā)射/接收器和反射器安裝距離間隔3米（往返光路，實(shí)際檢測(cè)光程為6米），由存在懸浮顆粒物，接收到的光信號(hào)會(huì)有所衰減。接收器根據(jù)得到的光信號(hào)值，通過計(jì)算，處理為相應(yīng)的VI值。
1.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
XF-CQ15隧道COVI檢測(cè)器由發(fā)射接收端、反射端，安裝調(diào)節(jié)支架以及接線盒四部分組成。根據(jù)我國《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，安裝在隧道頂部或者側(cè)壁上。如下圖所示：
1.3產(chǎn)品尺寸 mm
1.4技術(shù)參數(shù)
供電電壓220V±15%V AC 50Hz
整機(jī)功耗非加熱 ≤5W
加熱 ≤10W
測(cè)量范圍VI：0 － 3.5E-2 1/m
CO: 0 － 500 PPM
測(cè)量精度VI：0.0001 1/m
CO: ±1 PPM
通信接口1路RS485標(biāo)準(zhǔn)modbus協(xié)議 輸出
兩路4-20mA輸出，對(duì)應(yīng)當(dāng)前CO和VI值，zui大負(fù)載200歐姆
兩路開關(guān)量輸出，可定制，默認(rèn)為CO和VI超限報(bào)警輸出
防護(hù)等級(jí)IP65
數(shù)據(jù)更新間隔1-120秒可選，默認(rèn)30s。
整機(jī)重量＜ 20KG
1.5環(huán)境要求
工作溫度-40－60℃
工作濕度0－100*RH
儲(chǔ)存溫度-50－85℃
二、測(cè)試和安裝
2.1接線盒接口定義
接線盒內(nèi)為P12端子排，標(biāo)號(hào)為1至12，定義如下：
1RS485 A7RelayA2
2RS485 B8RelayB1
3CO+ (4-20mA)9RelayB2
4SGND (4-20mA,公共地)10L(火線)
5VI+ (4-20mA)11N(零線)
6RelayA112PE(地線)
2.2安裝說明
COVI檢測(cè)器在出廠前所有部件均裝配成套，分為發(fā)射/接收端+支架、反射端+支架、接線盒。其中發(fā)射/接收端+支架部分和接線盒已經(jīng)用線纜連接好?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)只需要固定支架部分，然后進(jìn)行調(diào)試對(duì)準(zhǔn)即可。安裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
1) 支架安裝要求上表面在同一水平面，而且要與地面平行。在完成安裝后要保證不會(huì)產(chǎn)生位移。支架間距為3米。支架由8顆鋼膨脹螺栓固定于隧道墻面，建議安裝高度為3米(如下圖所示)。
2) 分為發(fā)射/接收端和反射端視線內(nèi)沒有障礙物 。
3）建議將COVI檢測(cè)器安裝到隧道側(cè)墻壁上，且安裝方向和車行進(jìn)方向一致。。
2.3安裝圖
安裝支架底板孔位圖如下
整體效果圖如下：
2.4設(shè)備調(diào)試
1) 初步觀測(cè)，適當(dāng)調(diào)節(jié)接收機(jī)/發(fā)射機(jī)和反射機(jī)支架底座上的螺栓，使接收機(jī)/發(fā)射機(jī)和反射機(jī)的鏡筒大致在一條直線上，固定緊兩邊的螺栓。
2) 再次確認(rèn)接線無誤后，給設(shè)備接通電源。設(shè)備上電初始化后，接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端鏡筒會(huì)發(fā)射出白色可見光(光亮較強(qiáng)，最hao帶一個(gè)太陽鏡觀測(cè))，光束進(jìn)入反射端。首先調(diào)節(jié)接收機(jī)/發(fā)射機(jī)支架底座上的調(diào)節(jié)螺栓，使光斑均勻分布在接收機(jī)鏡筒周圍后，固定該端的螺栓。接下來需要兩人分工合作，一人調(diào)節(jié)反射機(jī)端支架底座上的螺栓，大致觀測(cè)到發(fā)射光斑均勻分布在接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端鏡筒周圍，微鎖緊螺栓。另一個(gè)人開始在接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端機(jī)箱上的觀測(cè)鏡口觀測(cè)(最hao帶太陽鏡)，繼續(xù)調(diào)整接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端螺栓，直至觀測(cè)窗口的光束恰好為觀測(cè)窗的十字準(zhǔn)心zhong央，鎖緊收機(jī)/發(fā)射機(jī)端螺栓。至此，設(shè)備VI光路部分調(diào)試基本完成。此部分最hao由專業(yè)人員來操作。
3) 支架底座上的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)如下圖所示。
三、通訊協(xié)議
3.1 RS485總線
缺省串口設(shè)置：
波特率9600；
校驗(yàn)位 無；
數(shù)據(jù)位8；
停止位1。
3.2 MODBUS協(xié)議
采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS通訊協(xié)議，一幀完整命令地址字節(jié)、命令字節(jié)、數(shù)據(jù)起始地址字節(jié)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)，校驗(yàn)。
地址：每臺(tái)設(shè)備都可以設(shè)置自己的地址1-255（0x00ff），上位機(jī)通過不同地址可方位不同設(shè)備。
命令：即功能碼，本軟件中用到的包括03（讀取多個(gè)寄存器），06（寫單個(gè)寄存器）。
數(shù)據(jù)起始地址：即要讀的數(shù)據(jù)地址（注一）。
數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：本次要讀的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。
數(shù)據(jù)：有效數(shù)據(jù)，采用高字節(jié)在前，低字節(jié)在后的格式。
校驗(yàn)：用于判斷接收信息是否出錯(cuò)，校驗(yàn)方法采用的是16位冗余循環(huán)碼（CRC16），校驗(yàn)對(duì)象為除去檢驗(yàn)字節(jié)本身的所有字節(jié)。校驗(yàn)碼采用低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。
校驗(yàn)計(jì)算方式代碼如下：
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、讀取傳感器地址指令
發(fā)送：00 03 00 00 00 01 85 DB
000300 0000 0185 DB
保留地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量CRC16 校驗(yàn)位
回復(fù)：00 03 02 00 FF C5 C4
0003 0200 FFC5 C4
保留地址功能碼寄存器數(shù)量寄存器數(shù)據(jù)CRC16 校驗(yàn)位
數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)為 0x00FF，表示傳感器地址為 0xFF，當(dāng)前傳感器地址取值范圍為 0x01-0xFF，其中 0xFF為默認(rèn)地址。
3.2.2、修改傳感器地址指令（改為 0x01）
發(fā)送：00 06 00 00 00 01 49 DB
000600 0000 0149 DB
保留地址功能碼寄存器地址新di址CRC16 校驗(yàn)位
回復(fù)：00 06 00 00 00 01 49 DB
0006 00 0000 0149 DB
保留地址功能碼寄存器地址新di址CRC16 校驗(yàn)位
回復(fù)與發(fā)送數(shù)據(jù)相同，表示地址修改成功，當(dāng)前傳感器地址為 0x01。
3.2.3、修改傳感器波特率（改為 9600）
設(shè)置波特率為9600，非專業(yè)人士請(qǐng)勿自行更改！?。?/span>
發(fā)送：00 06 01 02 00 02 A9 E6
000601 0200 02A9 E6
保留地址功能碼寄存器地址新波特率CRC16 校驗(yàn)位
回復(fù)：00 06 01 02 00 02 A9 E6
000601 0200 02A9 E6
保留地址功能碼寄存器地址新波特率CRC16 校驗(yàn)位
回復(fù)與發(fā)送數(shù)據(jù)相同，表示波特率修改成功，需重啟后生效。
00-06分別代表2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200
3.2.4、讀取傳感器數(shù)據(jù)指令 （默認(rèn)地址為0xFF）
發(fā)送：FF 03 00 01 00 03 41 D5
FF0300 0100 0341 D5
傳感器地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量CRC16 校驗(yàn)位
回復(fù)：FF 03 06 00 64 9B A6 3C 44 C6 ED
FF03 0600 64 9B A6 3C 44C6 ED
傳感器地址功能碼寄存器數(shù)量寄存器數(shù)據(jù)CRC16 校驗(yàn)位
CO濃度：
取數(shù)據(jù)區(qū)的前兩個(gè)字節(jié)。十六進(jìn)制為：0x0064 轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制數(shù)為100，即當(dāng)前CO的濃度為100PPM。15s能見度為 5620m。
VI值：
取數(shù)據(jù)區(qū)的后四個(gè)字節(jié)。每個(gè)寄存器數(shù)據(jù)高位在前，組合為3C449BA6，轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)為0.012，即當(dāng)前的VI值為0.012 1/m。
注：
地址操作內(nèi)容備注
0x0001只讀CO濃度值，直讀，單位PPM。
0x0002
0x0003只讀VI值，四字節(jié)浮點(diǎn)格式，只讀，單位 1/m。
Ox004只讀CO濃度超限報(bào)警，數(shù)據(jù)0x0001表示報(bào)警，0x0表示無報(bào)警。
0x0005只讀VI超限報(bào)警，數(shù)據(jù)0x0001表示報(bào)警，0x0表示無報(bào)警。
CO和VI的報(bào)警值默認(rèn)為zui大值，可通過指令配置修改。
3.3 配置協(xié)議(ASCII格式)
3.3.1 CO和VI的報(bào)警設(shè)置
CO報(bào)警值設(shè)置：
發(fā)送：
ALMCO=300\r\n
回復(fù)：
OK\r\n
注：\r\n 表示回車換行符。設(shè)置CO的報(bào)警值為300ppm，報(bào)警值的取值范圍為0-500PPM，報(bào)警值設(shè)置成功回復(fù)OK。
CO報(bào)警值設(shè)置：
發(fā)送：
ALMVI=0.015\r\n
回復(fù)：
OK\r\n
注：\r\n 表示回車換行符。設(shè)置VI的報(bào)警值為0.015 1/m，報(bào)警值的取值范圍為0-0.035 1/m，報(bào)警值設(shè)置成功回復(fù)OK。
3.3.2讀取報(bào)警參數(shù)設(shè)置
發(fā)送：
ALM?\r\n
回復(fù)：
CO:300,VI:0.012\r\n
注：\r\n 表示回車換行符。當(dāng)前CO的報(bào)警值為300 ppm，VI的報(bào)警為0.012 1/m
四、設(shè)備常見問題及解決辦法
現(xiàn)象解決方法
沒有通訊檢查電源
檢查電纜
檢查通訊配置參數(shù)
數(shù)據(jù)異常檢查鏡頭是否被異物污染
檢查周圍是否有平行的發(fā)光源
檢查設(shè)備是否發(fā)出白色可見光
如故障仍無法排除請(qǐng)聯(lián)系廠家
私自拆開設(shè)備將不再享受質(zhì)保，涉及侵權(quán)必將追究法律責(zé)任！
