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基於Semtech SX1276IMLTRT LoRa長距離水位監測方案

 2017-01-25

水除了供人飲用及清潔作用外,在許多的領域更是提供了需求及應用的需求如工業上的冷卻及提供如提供鍋爐動力來源來推動氣旋機、河川水位的監控、以及大樓水塔的水位監控以控制抽水馬達。上述應用如果不能確實監控輕則造成停止運轉,重則造成鍋爐爆炸,馬達燒毀及河川因無法分流而造成洪氾。現階段的偵測方式大都使用一偵測器如浮球、阻抗或是超音波來偵測水位的信號後送至雲端或是監控系統供提供資訊、警報或是啟動即時反應動作如暫時停止機器動作。但是如何方便的建立長距離又省電的偵測回報網路是BT或Wifi等短距離無線傳輸所困難達到的,此處我們提出一個使用Semtech 長距離、高穿透性且又具有非常省電的LoRa技術來達成此一要求。

對於此種現象我們提出的方案是使用常用的HC-SR04 超音波感測器,其為一對超音波的發射及接收單元。當我們觸發模組一個10 us Pulse後發射單元會發射8個40k Hz的聲波出去,然後接收單元等待反射訊號是否回來。如果有收到反射回來的超音波訊號後取出來回的時間,再以MCU計算音速換算距離後的數值再經LoRa傳遞此距離資料至雲端成為可供利用的資訊。 

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。現在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。此點可以提供應用者可以簡單並確實傳輸到資料收集器再經網路上傳至雲端如Exosite以供監控及應用。

【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-SR04 超音波感測器模組送來的觸發信號後經處理後再由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把資料送至單晶片以判讀到有效數值後以UART介面經ESP8266W Wifi 模組送至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。

技術文件
標題檔案
BOM
datasheet