HCS系列 导管式土壤监测仪

一、应用范围

HCS系列导管式土壤监测仪是我公司z新研发的一款产品，设备采用高精度芯片及先进算法以及物联网技术，可测多深度土壤参数，RS485输出或4G网络上传至数据中心。
该产品可以广泛应用于农田、林区、草原、灌区  土壤温湿度的实时监测，也可用于水利，地灾行业，为监控山体滑坡、泥石流等自然灾害提供数据支撑。
二、功能特点
产品设计灵活，可以在10-80cm之间任意深度（一般为10cm一层）对土壤的温湿度进行测量。默认为4层、5层、8层标准管。支持定制。
由感知、采集 传输、供电部分构成，一体式设计，安装方便。
具有国内版本、国际版本数据传输方案， 方便大陆外用户使用。（国际版请提前告知业务人员）
采集仪配置软件采用微信小程序通过蓝牙和手机进行连接，可在任何一部装有微信APP的安卓或苹果手机端对设备进行操控，实现手机APP和设备的深度互动、配置和远程发送。（目前部分功能对用户开放）
传感器内置高效锂电池，RTU采用低功耗设计，满电状态在连续阴雨天的情况下可以工作180天以上。
采用磁控开关设计，可用随机附带的磁铁对采集仪进行开关机控制。防止站点在野外发生人为的误关机情况。
采用云平台存储技术，每次发送的数据可以保存到自主云平台或满足《水文监测数据通信规约SL651-2014》的第三方平台，支持MQTT服务对接第三方平台，支持协议定制。默认API接口对接。
其他功能：电量显示、网络定位。
可扩展要素：GPS定位，定位更准确； 温度、湿度、气压、露点温度、体感温度等参数扩展。
可扩展功能：开放用户二次标定功能（三次项+二次项+一次项+常数的函数），为专业科研人员提供更准确数据。用户可提供数据，我司协助函数的系数计算。
三、技术参数
测量参数：土壤容积含水量（土壤湿度）
单 位：%（m³/m³），或 %Vol (体积含水率、容积含水量）
湿度量程：0～100%Vol；分辨率:0.01%Vol
准确度：有效范围内误差≤3%Vol
测量区域：90%的影响在围绕传感器的直径10cm圆柱型测量载体内
精度漂移量：无
传感器线性离散偏差概率： 1%

测量参数：土壤温度
土壤温度量程：-40~+60℃；分辨率:0.01℃
准确度：±0.5℃

稳定时间：通电后约1秒
响应时间：响应在1秒内进入稳定状态
传感器工作电压：传感器输入为5—24V DC
传感器工作电流：静态电流4mA，采集电流35mA
传感器防水级别：IP68
工作温度：—40℃~+80℃
RTU功耗：待机10μAh，传输100mAh。
传输：默认4G输出到自有平台。可选RS485等输出，可选第三方对接。
太阳能板实际供电能力：≤0.6W
RS485输出 款 供电：DC5-24V,电流小于25mA 。
四、设备通信协议及接线
《水文监测数据通信规约SL651-2014》；TCP协议；其他第三方定制协议、MQTT、API接口等。
RTU和感知部分通过内部线缆连接。物联网卡3年费用（国际版一年）。
太阳能板 锂电池内部接线供电。
五、采集地点选址
进行墒情监测的代表性地块的选择应考虑其地貌、土壤、气象和水文地质条件以及种植物的代表性，采集范围可以以县一级为基础单位，在县一级单位里选择具备代表性的几个区域(代表性的参考依据可以参考地貌的类别及重点农作物的区域范围)。
如果所处山丘区，应将检测点设定在坡面比降较小而面积较大的地块中，不应在沟底或坡度大的地块中进行采集。
平原区代表性地块应在平整而且不易积水的地块进行采集。
详细采集地块应在距代表性地块边缘、路边10m以上且平整的地块中，应避开低洼易积水的地方，且同沟槽和洪水渠道保持20m以上的距离，避免沟渠渗水对土壤含水量产生影响。
对于在水文站内的地块采集，严禁在站内菜地中间，避免浇地对采集精度产生影响。建议将采集点选择在在较空旷位置，不要靠近房屋或围墙；

六、传感器的安装及数据上报

1、安装注意事项
（1）通过平台观察数据，确认数据正常。
（2）准备安装用工具（盆子、水、铁锹（或土钻）、2-4mm孔隙的筛子）
（2）打孔应垂直向下；
（3）打孔至适合的深度并注意是否石块较多，石块较多建议重新选址；
（4）回填泥浆和垂直插入传感器。（非常重要，是反应数据精确度的根本）；
（5）确认传感器的安装深度，地平线与地面平。
2、传感器安装

（1）选择较为平整的安装位置，直接用土钻对地面进行开孔：
（2）将管试土钻底部的蓝色管盖拿掉取出手柄，将两只手柄按顺时针方向分别拧入对丝的两端；如下图：


（3）用管式土钻沿着法兰盘中心孔垂直插入，适当用力下压同时双手左右平行往复转动直至达到所需的深度（此过程能感受到土壤中是否有石头，如果石头过多需要重新选址），打孔过程中每隔z大深度10cm需要将土钻提出用力甩动将管内的土壤甩出，也可以使用加长螺丝刀把或者榔头把（不能使用锤头打击管身，以免造成管身变形）敲击土钻的下部管身将土壤振出或者从底部用螺丝刀挖掘土壤直至土壤全部掉落，用尺子测量打孔深度应当比传感器的测量深度深7-8cm；如下图：

（4）将打孔取出的土壤过筛后和成泥浆；如下图：

（5）将泥浆灌入打好的地孔中，贯入量至少达到地孔的2/3深度；如下图

（6）将传感器插入回填好泥浆的地孔中，传感器标注地平线的位置与地面平齐即可。如下图：

3、采集仪的声音识别
“嘀”声为开机；
“嘀嘀”两声为关机；
七、系统设置、数据上报、数据查询

1、设备开关机及配置
1）用手机扫描二维码可看数据，用磁力图钉给传感器开机（国内默认为开机状态，刷磁后重启，开机即上数据）。

2） 如果需要配置，可以进入小程序后点选“点击连接蓝牙”后2秒钟界面下部会出现按键，点击按键会提示“连接成功”，(此功能有选择开放，一般出厂前按照用户要求配置好）
2、数据上报
每次给传感器开机RTU会自动上报一条测试报数据到接收中心。初次安装完成后给传感器开机1分钟左右可以查看上一条报送的数据。
3、平台操作和数据查询
可登录平台查看实时数据，历史记录，数据导出等。
八、问题判断及解决方法
问题描述 解决方法
1、无开机提示音 到阳光充足处给太阳能板采光，对传感器进行至少一天充电；
充电后还是无法开机可返厂检查维修；
2、无法采集到数据
传感器是否已插入土壤中或者在测量载体中；
无法确定原因时可返厂检查维修；
3、无法报送数据
（无通讯） 查看手机是否有信号，如处于无信号状态RTU无法上报数据；
排除其它原因的情况后可返厂检修；
RS485版本的无通讯 可检查供电和RS485接线、通讯参数是否配置正确，通讯指令是否发送正确。
注：本硬件和微信小程序、PC端可能随时更新，如无特殊情况恕不另行通知！！！
选型表：
HCS系列 导管式土壤监测仪
选型表
序号 名称 型号 输出 备注

1 导管式土壤监测仪 HCS-4 RS485 5米线缆
2 导管式土壤监测仪 HCS-5 RS485 5米线缆
3 导管式土壤监测仪 HCS-8 RS485 5米线缆
4 导管式土壤监测仪 HCS-4/G 4G 3年流量
5 导管式土壤监测仪 HCS-5/G 4G 3年流量
6 导管式土壤监测仪 HCS-8/G 4G 3年流量
备注：标配10cm一层，可定制协议，定制层数。
Modbus RTU通讯协议
MODBUS RTU通讯协议（适用于 导管式土壤墒情监测仪。 协议支持定制。）
波特率：9600； 数据位：8； 停止位：1； 校验位：无
CRC说明：
以下所有说明中，MODBUS RTU 协议中的CRC16两字节，按照MODBUS规定：低字节在前，高字节在后。

1、 返回错误码规定：
传感器对于错误指令的接收(包括CRC16效验错误)，均实行不返回错误码方式。上位机可在指令发出100ms后收不到返回数据时认为发出指令失败，可重新发送指令。

2、 标准MODBUS 寄存器说明
特别注意：MODBUS 命令中寄存器的数量或长度一项均为两字节16 位为一个单位（高字节在前，低字节在后），而非单字节8 位为一个单位。
用户应保证命令中寄存器的地址和数量这两项参数的范围在本系统规定范围之内。如果超出范围，传感器的输出结果将无法预测，用户应在上位机软件设计中保证MODBUS 命令符合本手册要求。
3、内部寄存器：用功能码 03 读；功能码06 写
序 寄存器地址 参数说明 备注
Ox0100 设备地址，默认ox01。 读写
1层 ox0020 土壤体积含水率 1层（10cm深度），
放大100倍的16进制数，如0x00E1表示 225/10=22.50%Vol 只读
ox0021 土壤温度 1层，（10cm深度），放大100倍的16进制数，如0x00E1表示 225/10=22.50℃。负数用补码表示。 只读
2层 ox0022 土壤体积含水率2 只读
ox0023 土壤温度2 只读
3层 ox0024 土壤体积含水率3 只读
ox0025 土壤温度3 只读
4层 ox0026 土壤体积含水率4 只读
ox0027 土壤温度4 只读
5层 ox0028 土壤体积含水率5 只读
ox0029 土壤温度5 只读
6层 ox002A 土壤体积含水率6 只读
ox002B 土壤温度6 只读
7层 ox002C 土壤体积含水率7 只读
ox002D 土壤温度7 只读
8层 ox002E 土壤体积含水率8 只读
ox002F 土壤温度8 只读
注：地址数据为16进制表示，例：地址20（十进制）读写值为0x14。