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基於Semtech SX1276IMLTRT LoRa長距離農業水溫檢測方案

 2017-01-25

水資源除了在提供民生需求外,在於農業及工業上的應用也有非常的廣泛及重要性。例如在水產養殖上如果溫度上升的話會有正面的加快魚類新陳代謝的速度和提高水的自清及負面的降低水的溶氧量所以魚的需氧量加倍。因此需要密切的監控水溫以維持是當的養殖溫度。另外再農田作物的應用,因為不同作物皆要在一定的土壤溫度條件下播種。土壤溫度高發芽較快但幼苗不壯;土壤溫度低則種子不能發芽且低溫濕潤的土壤條件還容易造成種子爛掉。此類狀況可採用人工保溫育苗或是遮蔭或噴水降溫等措施。現階段的偵測方式大都使用個人的經驗值來施作,為了改善我們可以用物聯網的技術。但是如何方便的建立長距離又省電的偵測回報資訊是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不銹鋼封裝的防水探針型熱電偶溫度感測器,其探頭有-55°C 到+125°C的溫度測量範圍。防水部份則用熱縮管隔開DS18B20感測器的接腳防止短路,另以不銹鋼管封裝防生鏽再加強防水封膠以供長時間沉浸式溫度檢測。實施原理為使用MCU處理DS18B20送回之1 Wire 數值資料後轉換算成溫度資訊後再經LoRa傳遞此距離資料至雲端如Exosite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供監控。

【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DS18B20溫度感測器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