一、产品简介
随着交通运输业不断发展，中长型隧道在公路建设中发挥越来越大的作用。隧道作为一个半封闭的柱状空间，具有纵深长、封闭性强等特点。机动车轮胎与地面的摩擦和排放的尾气，如不及时合理的排放出去，极易造成CO和悬浮颗粒物的聚集，将直接关系到行经隧道的车辆司乘人员和维护工作人员的人身安全。COVI检测器是用来在线采集VI(隧道能见度)和CO浓度的设备，可以实时监测隧道内的相关数据，提供给隧道相关的监管部门，为隧道通风及道路安全通行提供决策依据。
XF-CQ15隧道COVI检测器利用光学透射原理，实时检测隧道环境内的一氧化碳浓度和VI值，可以反应出隧道内车辆排放废气在隧道内的聚集程度。提供不同输出方式，当数据较高时，及时数据报警。
1.1原理介绍
按照检测原理不同，能见度检测仪主要分为透射测量仪和散射测量仪。散射型测量仪根据其测量原理分为前向散射法与后向散射法。前向散射法取样空间较小，测量结果的代表性较差；后向散射法取样空间大，但要求采样空间内无障碍物，因此无法适用于隧道狭窄空间。透射类测量仪因其测量直接、计算简单、易于实现且更加适用于对低能见度检测，针对数据精度要求较高但对仪器体积要求不高的场所，因而更适合隧道特殊环境。
气象学中，能见度被定义为在一定的大气透明度下，人眼能发现的以水平天空为背景的黑色目标物的zui大距离。水平大气能见度Koschmieder定律：
式中：V 为以水平天空为背景的黑色目标物能见度，σ为观测方向大气水平消光系数，ε为视觉反应阈值，取推荐值 0.05。能见度测量的关键即为如何准确测量大气消光系数σ。
设光源初始光强为I0，在光学路径L处探测器接收到的光强为I假设在光的传输路径上大气均匀分布，则光辐射在大气中的衰减遵循比尔朗博定律，即：
联立式(1)、(2)两式即可推导出能见度 V、光学路径长度L、透过率τ三者之间关系：
由式(3)可知，能见度距离只与大气透过率相关，而大气透过率由I0和I 计算得到。因此，准确测得光源发光的始末光强值，即可计算得到能见度。由于不同人群在不同环境下的视觉反应阈值不同，由此计算得到的能见度计算结果并不准确，因此能见度计算以消
光系数为标准。
依据上述理论，COVI检测器根据透射原理工作，发射/接收器和反射器对向安装，在固定好支架并对准后，光学部件发出的高聚焦检测光束。发射/接收器和反射器安装距离间隔3米（往返光路，实际检测光程为6米），由存在悬浮颗粒物，接收到的光信号会有所衰减。接收器根据得到的光信号值，通过计算，处理为相应的VI值。
1.2产品结构
XF-CQ15隧道COVI检测器由发射接收端、反射端，安装调节支架以及接线盒四部分组成。根据我国《公路隧道通风照明设计规范》要求，安装在隧道顶部或者侧壁上。如下图所示：
1.3产品尺寸 mm
1.4技术参数
供电电压 220V±15%V AC 50Hz
整机功耗 非加热 ≤5W
加热 ≤10W
测量范围 VI：0 － 3.5E-2 1/m
CO: 0 － 500 PPM
测量精度 VI：0.0001 1/m
CO: ±1 PPM
通信接口 1路RS485标准modbus协议 输出
两路4-20mA输出，对应当前CO和VI值，zui大负载200欧姆
两路开关量输出，可定制，默认为CO和VI超限报警输出
防护等级 IP65
数据更新间隔 1-120秒可选，默认30s。
整机重量 ＜ 20KG
1.5环境要求
工作温度 -40－60℃
工作湿度 0－100*RH
储存温度 -50－85℃
二、测试和安装
2.1接线盒接口定义
接线盒内为P12端子排，标号为1至12，定义如下：
1 RS485 A 7 RelayA2
2 RS485 B 8 RelayB1
3 CO+ (4-20mA) 9 RelayB2
4 SGND (4-20mA,公共地) 10 L(火线)
5 VI+ (4-20mA) 11 N(零线)
6 RelayA1 12 PE(地线)
2.2安装说明
COVI检测器在出厂前所有部件均装配成套，分为发射/接收端+支架、反射端+支架、接线盒。其中发射/接收端+支架部分和接线盒已经用线缆连接好。现场安装时只需要固定支架部分，然后进行调试对准即可。安装时要注意以下几点：
1) 支架安装要求上表面在同一水平面，而且要与地面平行。在完成安装后要保证不会产生位移。支架间距为3米。支架由8颗钢膨胀螺栓固定于隧道墙面，建议安装高度为3米(如下图所示)。
2) 分为发射/接收端和反射端视线内没有障碍物 。
3）建议将COVI检测器安装到隧道侧墙壁上，且安装方向和车行进方向一致。。
2.3安装图
安装支架底板孔位图如下
整体效果图如下：
2.4设备调试
1) 初步观测，适当调节接收机/发射机和反射机支架底座上的螺栓，使接收机/发射机和反射机的镜筒大致在一条直线上，固定紧两边的螺栓。
2) 再次确认接线无误后，给设备接通电源。设备上电初始化后，接收机/发射机端镜筒会发射出白色可见光(光亮较强，最hao带一个太阳镜观测)，光束进入反射端。首先调节接收机/发射机支架底座上的调节螺栓，使光斑均匀分布在接收机镜筒周围后，固定该端的螺栓。接下来需要两人分工合作，一人调节反射机端支架底座上的螺栓，大致观测到发射光斑均匀分布在接收机/发射机端镜筒周围，微锁紧螺栓。另一个人开始在接收机/发射机端机箱上的观测镜口观测(最hao带太阳镜)，继续调整接收机/发射机端螺栓，直至观测窗口的光束恰好为观测窗的十字准心中央，锁紧收机/发射机端螺栓。至此，设备VI光路部分调试基本完成。此部分最hao由专业人员来操作。
3) 支架底座上的调节结构如下图所示。
三、通讯协议
3.1 RS485总线
缺省串口设置：
波特率9600；
校验位 无；
数据位8；
停止位1。
3.2 MODBUS协议
采用标准的MODBUS通讯协议，一帧完整命令地址字节、命令字节、数据起始地址字节，数据长度、数据，校验。
地址：每台设备都可以设置自己的地址1-255（0x00ff），上位机通过不同地址可方位不同设备。
命令：即功能码，本软件中用到的包括03（读取多个寄存器），06（写单个寄存器）。
数据起始地址：即要读的数据地址（注一）。
数据长度：本次要读的数据个数。
数据：有效数据，采用高字节在前，低字节在后的格式。
校验：用于判断接收信息是否出错，校验方法采用的是16位冗余循环码（CRC16），校验对象为除去检验字节本身的所有字节。校验码采用低字节在前，高字节在后。
校验计算方式代码如下：
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、读取传感器地址指令
发送：00 03 00 00 00 01 85 DB
00 03 00 00 00 01 85 DB
保留地址 功能码 寄存器地址 寄存器数量 CRC16 校验位
回复：00 03 02 00 FF C5 C4
00 03 02 00 FF C5 C4
保留地址 功能码 寄存器数量 寄存器数据 CRC16 校验位
数据段数据为 0x00FF，表示传感器地址为 0xFF，当前传感器地址取值范围为 0x01-0xFF，其中 0xFF为默认地址。
3.2.2、修改传感器地址指令（改为 0x01）
发送：00 06 00 00 00 01 49 DB
00 06 00 00 00 01 49 DB
保留地址 功能码 寄存器地址 新地址 CRC16 校验位
回复：00 06 00 00 00 01 49 DB
00 06 00 00 00 01 49 DB
保留地址 功能码 寄存器地址 新地址 CRC16 校验位
回复与发送数据相同，表示地址修改成功，当前传感器地址为 0x01。
3.2.3、修改传感器波特率（改为 9600）
设置波特率为9600，非专业人士请勿自行更改！！！
发送：00 06 01 02 00 02 A9 E6
00 06 01 02 00 02 A9 E6
保留地址 功能码 寄存器地址 新波特率 CRC16 校验位
回复：00 06 01 02 00 02 A9 E6
00 06 01 02 00 02 A9 E6
保留地址 功能码 寄存器地址 新波特率 CRC16 校验位
回复与发送数据相同，表示波特率修改成功，需重启后生效。
00-06分别代表2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200
3.2.4、读取传感器数据指令 （默认地址为0xFF）
发送：FF 03 00 01 00 03 41 D5
FF 03 00 01 00 03 41 D5
传感器地址 功能码 寄存器地址 寄存器数量 CRC16 校验位
回复：FF 03 06 00 64 9B A6 3C 44 C6 ED
FF 03 06 00 64 9B A6 3C 44 C6 ED
传感器地址 功能码 寄存器数量 寄存器数据 CRC16 校验位
CO浓度：
取数据区的前两个字节。十六进制为：0x0064 转换为10进制数为100，即当前CO的浓度为100PPM。15s能见度为 5620m。
VI值：
取数据区的后四个字节。每个寄存器数据高位在前，组合为3C449BA6，转换为浮点数为0.012，即当前的VI值为0.012 1/m。
注：
地址 操作 内容 备注
0x0001 只读 CO浓度值，直读，单位PPM。
0x0002
0x0003 只读 VI值，四字节浮点格式，只读，单位 1/m。
Ox004 只读 CO浓度超限报警，数据0x0001表示报警，0x0表示无报警。
0x0005 只读 VI超限报警，数据0x0001表示报警，0x0表示无报警。
CO和VI的报警值默认为zui大值，可通过指令配置修改。
3.3 配置协议(ASCII格式)
3.3.1 CO和VI的报警设置
CO报警值设置：
发送：
ALMCO=300\r\n
回复：
OK\r\n
注：\r\n 表示回车换行符。设置CO的报警值为300ppm，报警值的取值范围为0-500PPM，报警值设置成功回复OK。
CO报警值设置：
发送：
ALMVI=0.015\r\n
回复：
OK\r\n
注：\r\n 表示回车换行符。设置VI的报警值为0.015 1/m，报警值的取值范围为0-0.035 1/m，报警值设置成功回复OK。
3.3.2读取报警参数设置
发送：
ALM?\r\n
回复：
CO:300,VI:0.012\r\n
注：\r\n 表示回车换行符。当前CO的报警值为300 ppm，VI的报警为0.012 1/m
四、设备常见问题及解决办法
现象 解决方法
没有通讯 检查电源
检查电缆
检查通讯配置参数
数据异常 检查镜头是否被异物污染
检查周围是否有平行的发光源
检查设备是否发出白色可见光
如故障仍无法排除请联系厂家
私自拆开设备将不再享受质保，涉及侵权必将追究法律责任！
