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基於Semtech SX1276IMLTRT LoRa長距離PM2.5監測方案

 2017-01-25

工業的進步造就經濟的成長和生活的方便,但是相對的也製造出當初未成預想到的副作用如環境污染如溫室效應、河川污染等等..。但其中影響人們最多的是分分秒秒都需要的空氣中的“懸浮顆粒”或稱懸浮粒子,其泛指懸浮在空氣中的固體顆粒或液滴。其中又以PM2.5最為嚴重。因為小於2.5微米的懸浮粒子(PM2.5)易吸附有毒害的物質如重金屬及有毒微生物等。由於體積更小,PM2.5具有更強的穿透力,可能抵達細支氣管壁,並干擾肺部內的氣體交換。于此一公害除治本的改善環境外,現階段的治標我們可以使用一偵測經常生活範圍區域中的指標送至雲端供群眾瞭解到環境然後決定是否外出或啟動空氣過濾系統。但是如何方便的建立一大範圍又省電的偵測回報網路是無法用現有的技術如BT或Wifi等短距離無線傳輸,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Sharp GP2Y1010AU0F,其為一光學空氣品質感測器。 功用為使用其內部對角放置的紅外線LED和光電晶體來探測到空氣中塵埃反射光,可以測到非常細小如煙霧顆粒。此方案的實施方式為使用MCU把感測器轉換過的粉塵對應電壓信號後經計算成AQI ( 空氣品質指數 ) 的數值後再經LoRa傳遞此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。但是對於如何延展搜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GP2Y1010AU0F粉塵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資料。

【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
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