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基于Semtech SX1276IMLTRT LoRa长距离PM2.5监测方案

 2017-01-25

工业的进步造就经济的成长和生活的方便,但是相对的也制造出当初未成预想到的副作用如环境污染如温室效应、河川污染等等..。但其中影响人们最多的是分分秒秒都需要的空气中的“悬浮颗粒”或称悬浮粒子,其泛指悬浮在空气中的固体颗粒或液滴。其中又以PM2.5最为严重。因为小于2.5微米的悬浮粒子(PM2.5)易吸附有毒害的物质如重金属及有毒微生物等。由于体积更小,PM2.5具有更强的穿透力,可能抵达细支气管壁,并干扰肺部内的气体交换。于此一公害除治本的改善环境外,现阶段的治标我们可以使用一侦测经常生活范围区域中的指针送至云端供群众了解到环境然后决定是否外出或启动空气过滤系统。但是如何方便的建立一大范围又省电的侦测回报网络是无法用现有的技术如BT或Wifi等短距离无线传输,此处我们提出一个使用Semtech 长距离、高穿透性且又具有非常省电的LoRa技术来达成此一要求。

对于此种现象我们提出的方案是使用Sharp GP2Y1010AU0F,其为一光学空气质量传感器。 功用为使用其内部对角放置的红外线LED和光敏晶体管来探测到空气中尘埃反射光,可以测到非常细小如烟雾颗粒。此方案的实施方式为使用MCU把传感器转换过的粉尘对应电压信号后经计算成AQI ( 空气质量指数 ) 的数值后再经LoRa传递此数据至云端成为可供利用的信息。 

过去此类信息大都以有线方式连结传感器,然后将收集到的把数据或是警告以PSTN、Wifi或GSM等方式传送出去。现在现今物联网的兴起可以让我们开始把周遭的一些物品透过网络互相沟通,这个趋势可以让人们以更简单更可靠的方式来连接网络。但是对于如何延展搜集器到传感器的这一段路一直是困扰着IOT设计者。而Semtech LoRa长距离无线产品就是符合这一需求,Semtech长距离的无线传输技术的优点是在极低耗电下可以提供高达-148dB的灵敏度让应用可以使用在长距传输及高穿透性的传输。此点可以提供应用者可以简单并确实传输到数据收集器再经网络上传至云端如Exosite以供监控及应用。

【展示板照片】

展示板照片(正面) 展示板照片(反面)

【方案方块图】

方案方块图

【系统功能】

① 传感器端 : 以单芯片接收由GP2Y1010AU0F粉尘传感器送来的触发信号后经处理后再由UART送至LoRa模块发送至空中。
② 数据接收端 : 由LoRa模块接收到数据后经UART把数据送至单芯片以判读到有效数值后以UART接口经ESP8266W Wifi 模块送至Internet。
③ 网络端 : 把由单芯片送来的API、Sensor ID、Device ID及Co Data送至云端服务纪录数据。
④ 客户端 : 用户以计算机或是手机随时可以上网检查资料。

【方案特性】

① 超长距离,低成本 : 因其Sensitivity 可达-148dB,此点可以让传感器部件的范围大幅增加。此点可减少repeater 用量节省成本。
② 延长使用时间 : 由于待机电流低至2.5uA, 此低耗电特性比起GPRS来可以大大的减少耗电。所以可减小电池体积而增加其传感器待机时间。