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基於Semtech LoRA 長距離無線技術之空間侵入警告方案

 2016-10-28

保有在自己私人空間的安全是人們基本的要求,但在現在社會多元的變化下常常可以在社會新聞中看到小偷或是其他未預期的侵入。而其中很多不幸的發生皆是在無預期下與入侵者相遇而在彼此緊張下發生悲劇,或是因為不知道入侵行為而無法尋求協助讓損失減到最低。。

 對於此種現象我們提出的方案是使用PIR (Pyroelectric Infrared) sensor焦電型人體紅外線感測器,其原理式偵測人體散發出的紅外線波峰(約在9~10uM)。但因焦電紅外線感測器的波長靈敏度範圍在0.2~20um之間,因此在感測器上面還加上了一片濾鏡只允許7~10um的紅外光通過。另外因為感應的距離太近所以在外加上一片菲涅爾透鏡(Fresnel lens)來設定要感知的範圍及距離。當感測器偵測到入侵者的微弱信號後送至後端的放大器及窗型比較器做遲滯處理後,再經正反器做信號的輸出。所以本方案就是以LoRa傳遞此一入侵信號至雲端以通知當事人避免衝突及尋求幫助。 

在過去此類資訊大都以有線方式連結感測器,然後將收集到的把資料或是警告以PSTN、Wifi或GSM等方式傳送出去。而現今物聯網的興起可以讓我們開始把周遭的一些物品透過網路互相溝通,這個趨勢可以讓人們以更簡單更可靠的方式來連接網路。但是對於如何延展蒐集器到感測器的這一段路一直是困擾著IOT設計者。而Semtech LoRa長距離無線產品就是符合這一需求,Semtech長距離的無線傳輸技術的優點是在極低耗電下可以提供高達-148dB的靈敏度讓應用可以使用在長距傳輸及高穿透性的傳輸。此點可以確保監測私人領域是否被侵犯的訊息可以確實傳輸到資料收集器再經網路上傳至雲端供監控。

 

雲端 (Exosite) 資料收集圖: 未偵測到被入侵

偵測到有人員入侵

【展示板照片】

展示板照片(正面) 展示板照片(反面)

【方案方塊圖】

方案方塊圖

【系統功能】

① 感測器端 : 以單晶片接收由HC-SR501PIR sensor送來的觸發信號後經UART送至LoRa模組發送至空中。
② 資料接收端 : 由LoRa模組接收到資料後經UART讓單晶片讀到有效數值後以SPI介面經W5100送至Internet。
③ 網路端 : 把由單晶片送來的API、Sensor ID、Device ID及Co Data送至雲端服務紀錄資料。
④ 用戶端 : 使用者以電腦或是手機隨時可以上網檢查數據。

【方案特性】

① 超長距離,低成本 : 因其Sensitivity 可達-148dB,此點可以讓感測器部件的範圍大幅增加。此點可減少repeater 用量節省成本。
② 延長使用時間 : 由於待機電流低至2.5uA, 此低耗電特性比起GPRS來可以大大的減少耗電。所以可減小電池體積而增加其感測器待機時間。