الشرق الأوسط
ديسمبر 27, 2022
دليل المستخدم هذا مخصص لجهاز استشعار رطوبة التربة Acclima SDI-12 TDT.
يستخدم جهاز استشعار رطوبة التربة SDI-12 TDT من سلسلة Acclima واجهة SDI-12 القياسية في الصناعة للتواصل مع مسجل البيانات أو أي جهاز تحكم آخر مزود بـ SDI-12. معيار الاتصالات SDI-12 هو معيار أجهزة الاتصالات الرقمية المتسلسلة القائم على بروتوكول الأجهزة والبرمجيات القائم على بيانات 1200 باود، واتصالات حرف ASCII عبر ناقل البيانات ثلاثي الأسلاك. سلسلة SDI-12 متوافقة مع الإصدار 1.4 ,هو أحدث إصدار في الوقت الحالي.
تم إعداد هذا الدليل لإصدار البرنامج الثابت الحالي للمستشعر في وقت نشر الدليل. تم تحرير الدليل بدقة ويُعتقد أنه موثوق به. لا تتحمل شركة Acclima أي مسؤولية عن عدم الدقة. قد يتم نشر الأخطاء على موقعنا الإلكتروني أو عند الضرورة من قبل شركة Acclima. تحتفظ Acclima بالحق في تغيير أي مواصفات دون إشعار مسبق.
يمكنك معرفة المزيد عن منتجات أكليما على acclima-me.com أو إرسال الأسئلة عبر البريد الإلكتروني إلى [email protected].
جهاز استشعار الرطوبة من السلسلة SDI-12 عبارة عن مقياس رقمي للنطاق الزمني للإرسال (Transmissometer) يقيس سماحية التربة من خلال تحديد زمن انتشار الموجة الكهرومغناطيسية التي تنتقل على طول الموجه الموجي عبر التربة. يتم حساب محتوى الرطوبة المطلقة للتربة من السماحية باستخدام معادلة توب. يمكن إعطاء الأوامر لجهاز استشعار رطوبة التربة للحصول على كل من السماحية الإجمالية ومحتوى الرطوبة في التربة.
يتم الحصول على دقة وثبات جهاز استشعار الرطوبة SDI-12 من خلال نظام أجهزة وبرمجيات ثابتة حاصلة على براءة اختراع يقوم برقمنة شكل الموجة المرتدة ويستخدم خوارزميات تحليل الإشارات الرقمية الخاصة لاستخراج وقت الانتشار الحقيقي ومعاملات التشوه للموجة المرتدّة. يتم تحقيق دقة عالية على نطاق واسع من درجات حرارة التربة والتوصيل الكهربائي. في سلسلة SDI-12، تبلغ دقة الشكل الموجي الرقمي 5 بيكو ثانية – مما يسمح لمحول طاقة صغير بالإبلاغ عن بيانات عالية الدقة للغاية. ومن معاملات التشوه المستخرجة، يقوم محول الطاقة بحساب التوصيلية الكهربائية للتربة والإبلاغ عنها. يتم تعويض السماحية وقياسات رطوبة التربة عن درجة الحرارة. ويبلغ محول الطاقة أيضًا عن درجة حرارة التربة.
الأسلاك الثلاثة من المستشعر هي توصيلات SDI-12 بمسجل البيانات. السلك الأبيض هو طرف الإرجاع المشترك أو الطرف الأرضي على وحدة توصيل مسجل البيانات SDI-12. السلك الأحمر هو خط الطاقة ويجب توصيله بخط إمداد الطاقة على وحدة موصل مسجل البيانات SDI-12 أو بالجانب الموجب لمصدر طاقة خارجي. السلك الأزرق هو خط البيانات ثنائي الاتجاه (نصف مزدوج) الذي يتصل بخط البيانات التسلسلية على وحدة موصل مسجل البيانات SDI-12. إذا تم استخدام مصدر طاقة خارجي لمسجل البيانات، فيجب توصيل الجانب السالب لمصدر الطاقة بالطرف الأرضي على وحدة توصيل مسجل البيانات SDI-12.
رسم تخطيطي لمسجل بيانات يزود الطاقة إلى منفذ SDI-12
رسم تخطيطي لمسجل البيانات باستخدام بطارية خارجية
يسمح بروتوكول SDI-12 بتوصيل أجهزة متعددة بمنفذ SDI-12 واحد. ولكي يتمكن مسجل البيانات والأجهزة من تسهيل الاتصالات التي لا لبس فيها، يتم إعطاء كل جهاز على منفذ SDI-12 عنوانًا فريدًا. العنوان الافتراضي لمحول الطاقة (كما تم شحنه من المصنع) هو 0 (صفر). إذا كان هذا هو الجهاز الوحيد الموجود على منفذ SDI-12 على المسجل، فيمكنك ترك العنوان 0. إذا كانت هناك أجهزة أخرى متصلة، فستحتاج إلى التأكد من أن لكل منها عناوين فريدة.
سيتم مناقشة إعداد العنوان لاحقاً.
أوامر SDI-12 عبارة عن سلسلة من ثلاثة حقول. الأول هو عنوان الجهاز. وهو عبارة عن حرف واحد – عادةً ما يكون في نطاق “0” إلى “9” ولكن يمكن أيضًا استخدام الأحرف من “a” إلى “z” ومن “A” إلى “Z”. والثاني هو الأمر الذي قد يتكون من عدة أحرف. تكون أحرف الأمر دائماً أحرفاً كبيرة. الأخير هو فاصل الأمر الذي يكون دائماً علامة تعجب “!”.
ينفذ مستشعر SDI-12 الأوامر التي تتوافق مع الإصدارات 1.0 و1.1 و1.2 و1.3 و1.4 من مواصفات SDI-12. يتم تنفيذ جميع الأوامر المطلوبة للامتثال الكامل لمواصفات الإصدار 1.3 في مستشعر SDI-12. ومع ذلك، فإن أوامر “القياسات الإضافية” في مواصفات SDI-12 لا معنى لها بالنسبة لمستشعرات Acclima SDI-12، نظرًا لأن قياسات السماحية والرطوبة والتوصيلية ودرجة الحرارة مطلوبة جميعها ويتم إجراؤها جميعًا مع كل قياس واحد. ومن ثم فإن الاستجابة لجميع أوامر القياسات الإضافية هذه 
كما هو مطلوب في مواصفات SDI-12. يتجاهل المستشعر الأوامر غير المنفذة خارج تلك التي تتطلبها مواصفات SDI-12. لا توجد استجابة لها.
يتم تضمين ‘Extended Commands’ // “الأوامر الموسعة” الإضافية التي لم يتم تعدادها هنا، بواسطة Acclima لتفريغ الشكل الموجي الرقمي وإعدادات وقراءات معايرة المصنع.
يوثق الجدول أدناه جميع الأوامر التي يدعمها مستشعر SDI-12 بالترتيب الأبجدي:
إذا تم توصيل أكثر من جهاز واحد بمنفذ SDI-12، فستحتاج إلى التأكد من إعدادها جميعًا بعناوين فريدة. إذا لم تكن متأكدًا يمكنك توصيلهم واحدًا تلو الآخر واستخدام الأمر “Address Query” // “الاستعلام عن العنوان” “?” لقراءة العناوين. يمكن توصيل جهاز واحد فقط بمنفذ SDI-12 عند استخدام هذا الأمر. سوف يستجيب الجهاز مع عنوانه.
لتغيير عنوان الجهاز استخدم الأمر “Change Address” // “تغيير العنوان”. الصيغة هي “!aAn”، حيث “a” هو العنوان الحالي “A” هو أمر تعيين عنوان المستشعر و”n” هو العنوان الجديد. سيعرض الجهاز العنوان الجديد. على سبيل المثال، إذا كان !0A4 تم إرساله، ستتم إعادة برمجة عنوان المستشعر إلى 4 وسيقوم المستشعر بعرض “4”.
للتحقق من أن مستشعر SDI-12 يستجيب لعنوانه استخدم الأمر “Send Identification” // “إرسال التعريف” “!al”. سوف يستجيب المستشعر SDI-12 ب “a13Acclima…” في الاستجابة، يمثل الحرف “a” عنوان الجهاز، ويمثل الرقم “13” الإصدار 1.3 من معيار SDI-12، ويمثل الرقم “Acclima” معرف البائع.
هناك أمران يجعلان مستشعر رطوبة التربة SDI-12 يأخذ القياسات ويخزنها لاسترجاعها لاحقًا. الأول هو “Non-Concurrent Measurement Command” // “أمر القياس غير المتزامن” “M”. والثاني هو “Concurrent Measurement Command” // “أمر القياس المتزامن” “C”. يستجيب المستشعر لكلا الأمرين بـ “atttn” حيث “a” هو عنوان المستشعر، و”ttt” هو عدد الثواني قبل أن تكون البيانات جاهزة، و”n” هو عدد عناصر البيانات التي سيتم إعدادها. بالنسبة لمستشعر أكليما SDI-12، فإن عدد عناصر البيانات هو 9.
عند استخدام الأمر غير المتزامن، ينتظر المُسجِّل حتى يكمل المستشعر قياسه ثم يسترجع النتيجة. يرسل المستشعر رمز “Service Report” // “تقرير الخدمة” إلى المسجل بعد إعداد البيانات بحيث يسترجع المسجل البيانات عند ظهور طلب الخدمة أو بعد انتهاء الوقت المشار إليه، أيهما يحدث أولاً. كود طلب الخدمة هو ببساطة عنوان المستشعر “a”، متبوعًا بحرف إرجاع النقل وحروف الإنتقال الى سطر جديد.
عند استخدام أمر القياس المتزامن، لا يقوم المستشعر بإرجاع “service request” // “طلب الخدمة” عندما تكون البيانات جاهزة للاسترجاع. يُسمح للمسجل بإجراء اتصالات أخرى إلى أجهزة أخرى أثناء قيام المستشعر بإجراء القياس وإعداد البيانات. ثم عند توفر المسجل وانقضاء وقت القياس المشار إليه، يقوم المسجل باسترداد البيانات.
لاسترداد بيانات القياس المطلوبة، يرسل المُسجل الأمر “D0” إلى المستشعر. يُرجع الأمر D0 عناصر القياس الأربعة الأساسية: المحتوى المائي الحجمي، ودرجة حرارة التربة، والسماحية النسبية للتربة، والتوصيلية الكهربائية للتربة. بناء الجملة للأمر هو: “aD0″، حيث “a” هو عنوان المستشعر. فيما يلي جدول يوضح البيانات المتاحة من مستشعر SDI-12 والأوامر المستخدمة لاسترجاعها.
تنسيق البيانات التي تم إرجاعها هو:
ملاحظة: تكون البيانات التي يتم إرجاعها مسبوقة دائمًا بعنوان الجهاز a. كل قيمة بيانات مسبوقة بإشارة. لا يتم إرجاع أي وحدات ولكن يُفترض أنها معروفة من قبل المستخدم. الوحدات كما هو موضح في الجدول أعلاه. يتم إنهاء كل سلسلة بيانات مرتجعة بواسطة أحرف إرجاع النقل وتغذية الأسطر.
مثال 1: قراءة المستشعرات باستخدام أوامر غير متزامنة:
يوضح هذا المثال الأول كيف سيحصل مسجل البيانات على 4 عناصر بيانات من جهاز استشعار له العنوان 5: (1) المحتوى المائي الحجمي، (2) درجة حرارة التربة، (3) سماحية التربة أو ثابت العزل الكهربائي للتربة، (4) الموصلية الكهربائية للتربة. في هذا المثال، سيعمل مسجل البيانات في الوضع غير المتزامن – أي أنه لن يقضي أي وقت مع أجهزة الاستشعار الأخرى حتى يكمل هذا المستشعر قياساته ويبلغ عنها.
الأمر الأول من مسجل البيانات هو
!5M
يُطلق على هذا الأمر اسم أمر “Start Measurement” // “بدء القياس”. في هذا الأمر “5” هو عنوان المستشعر الذي ترغب بأن يستجيب للأمر. سيؤدي ذلك إلى بدء مستشعر SDI-12 عملية أخذ مجموعة من القياسات. سيستجيب المستشعر على الفور لهذا الأمر على النحو التالي:
تبدأ هذه الاستجابة بعنوان المستشعر (5)، ثم تستمر بعدد الثواني المطلوبة لأخذ القراءات، 001 (ثانية واحدة)، ثم تنتهي بعدد عناصر البيانات التي سيتم إرجاعها مع كل طلب قياس (4). يتم إنهاء كل استجابة من المستشعر بعودة النقل وحروف تغذية الأسطر. بعد انتهاء المستشعر من قياساته يقوم بإرسال service request طلب خدمة إلى المسجل.
طلب الخدمة هو مجرد عنوان المستشعر. ثم يرسل المسجل أمرًا للحصول على المجموعة الأولى من عناصر البيانات: !5D0
العناصر المطلوبة هي: محتوى الماء الحجمي، ودرجة حرارة التربة، وسماحية التربة، والتوصيل الكهربائي للتربة. عند تلقي هذا الأمر، يستجيب المستشعر بما يلي:
أول 5 هو عنوان المستشعر. تحتوي السلسلة المتبقية على عناصر البيانات المطلوبة – كل منها مسبوق بعلامة “+” أو “-“.
مثال 2: قراءة المستشعر باستخدام الأوامر المتزامنة:
يوضح هذا المثال الثاني كيف سيحصل مسجل البيانات على نفس عناصر البيانات الأربعة من المستشعر باستخدام أوامر متزامنة. في هذا المثال، سيعمل مسجّل البيانات في الوضع المتزامن، أي أنه سيكون حرًا في خدمة أجهزة الاستشعار الأخرى أثناء قيام المستشعر ذي العنوان 5 بإجراء قياساته. تستخدم أوامر القياس المتزامن C بدلاً من M في الأمر. وبالتالي، فإن الأمر لبدء القياس المتزامن هو:
!5C
يستجيب المستشعر على الفور بـ
500104
مع الأوامر المتزامنة، لا يقدم المستشعر طلب خدمة بعد إجراء القياسات. يعتمد المسجل على معلومات التوقيت التي يوفرها المستشعر ولن يطلب البيانات حتى انتهاء الفاصل الزمني – في هذه الحالة، ثانية واحدة.
ثم يطلب المسجل عناصر البيانات الأربعة بنفس الطريقة تمامًا كما هو الحال مع القراءات غير المتزامنة.
حتى الآن، جميع أوامر بدء القياس التي ناقشناها تضمنت طلب بيانات حيث لم يتم إجراء أي فحص للأخطاء للتحقق من الاستقبال الصحيح للبيانات من قبل المسجل. تنص مواصفات SDI-12 على التحقق من الخطأ باستخدام حرف أمر إضافي “C” مع أمر بدء القياس. وهكذا عندما تُنْقَلْ الأوامر
!aMC أو !aCC
إلى المستشعر، يقوم المستشعر بإلحاق رمز CRC في نهاية البيانات المرتجعة. يتم توليد هذا الرمز من البيانات بحيث إذا تغيرت البيانات في الإرسال يمكن اكتشاف التغيير في المسجل. إذا واجه المُسجِّل مثل هذا التلف في البيانات، فسيقوم بتكرار طلب البيانات تلقائيًا.
تتطلب مواصفات SDI-12 أمرًا خاصًا لغرض التحقق من أن المستشعر يعمل بشكل صحيح. ويتم تنفيذ طريقة Acclima لهذا الأمر على النحو التالي:
1. يرسل المُسجِّل أمر التحقق:
!aV
2. عند تلقي أمر التحقق، يستجيب المستشعر بـ
atttn
حيث “a” هو عنوان المستشعر، و”ttt” هو الوقت اللازم لإجراء قراءات التحقق، و”n” هو عدد عناصر البيانات التي سيتم عرضها. بالنسبة لهذا الأمر ttt = 003 و n=1.
3. يأخذ جهاز الاستشعار ثلاث مجموعات كاملة من أزمنة الانتشار المصححة من القراءات الثلاث ويتم حفظها ومقارنتها. إذا كان أي من أزمنة الانتشار هذه خارج النطاق أو إذا اختلفت بمقدار غير مقبول يتم الإقرار بوجود خطأ. يرسل المستشعر بعد ذلك طلب خدمة.
a
4. يصدر المسجل أمر قراءة البيانات D0:
!aD0
Acclima, Inc. 1763 W. Marcon Ln STE 175 Meridian, Idaho USA 83642
