基於 Semtech SX1301之永洋科技IOG851 LoRa閘道機之一氧化碳偵測方案

解決問題一 (減少自行開發閘道機之人力成本及爭取市場商機):

當廠商決定要開始使用LoRaWAN架構時，除了要制定一個完整的物聯網架構外就是要考慮是否自行開發SX1301 LoRaWAN網關。基於掌握完整設計能力的考量，大部分的廠商都希望能夠從節點到網關都自行設計，但其中所需要的較專精之技術能力和網關的使用量並不會太大；舉例來說可能每數百個節點才需要一個網關。所以如果以經濟成本來考量的話不如把重心放在應用上面及使用者介面來的重要。此處所使用永洋科技所開發的IOG851閘道機就是基於這個重點來協助客戶可以快速把應用實現。    

 

圖1

 

解決問題二 (使用LoRa改善傳輸技術改善通訊能力):

對於大樓建築、工廠或是農場以至於如歐美之家庭之安全需求是一大需求，對於此類安防之系統架構一般都是使用實體有線、FSK(頻率偏移調變)、Zigbee、Bluetooth或是Wifi等傳輸模式來做為通訊方式。但這些通訊方式或多或少都有其先天的限制，下面為我約略做的整理比較表

圖2

 

依上表來看，如果我們要在此等警告系統中使用上列技術的話會有點挑戰性。所以我們以本方案來提出使用LoRa方式來解決如下問題

1. 距離: LoRa 可提供高至-148 dB 的感度，可提供長距離及高穿透性的應用。
2. 感擾: 使用展頻技術可提供高抗雜訊。
3. 省電: 低至0.1uA之耗電可提供長時間不需更換電池使用。

 

方案特色說明

本方案之特色為提供LoRa開發人員能夠將所企劃的產品能夠快速的連上LoRaWAN網路。本專案之特色為使用永洋科技IOG851 LoRaWAN網關，該網關是基於使用Semtech 8 channels LoRa gateway IC的架構再加上永洋科技多年來在閘道機上的經驗如支援動態IP及網路及電源被援功能。當我們將應用架構於該網關上就如在已經打好基礎之地基上蓋大樓。

 

工作原理描述說明

在此方案中我們是以環天世通所開發的LM130模組來當作節點端，開發環境我們是使用市場上廣為使用的Arduino，微處理機部份是使用Atmega328來示範。我們先使用 Arduino Pro-Mini來接收並處理由感測器來的資訊，再將該資訊透過LM-130經LoRaWAN通訊協議後送至網關。在資料輸出部份IOG851提供內部獨立的LoRaWAN伺服器讓使用者可在本地端127.0.0.1讀取或觀測load data，或是使用Package forwarder把網關的資料送至外部網路伺服器如The Things Networks。此處我們的應用是選擇第一種模式直接讀取網關上的資料。

 

環天LM-110H環境設定及操作使用說明

本方案所使用的環天LM-110H模組依頻段不同有410-525MHz (Model: LM-210L)及862-1020MHz (Model: LM-110H)兩個種類。此處因為設定使用於台灣、美國、日本等國家，所以選用LM-110HH。下圖為實體相片及接腳尺寸圖。

 

圖3

 

該模組本身支援LoRaWAN及環天自有之MO.S.T.通訊協定。出廠預設為LoRaWAN，但可以使用AT Command方式切換到M.O.S.T.。

LM-110H對外接腳除電源和天線外、具有一組可設定從1200/ 2400/ 4800/ 9600(Default)/ 19200/ 38400到57600bps速率的標準UART通訊埠。一BZ Pin提供MCU讀取模組工作狀態，另外如下圖所示提供P1 及P2供使用者在MO.S.T架構下選擇正常、喚醒、省電及設定四種使用模式。而在LoRaWAN模式則可以直接以終端機方式進入AT Command模式進行設定和控制。

圖4

 

如何安裝及使用YAT終端機來控制LM110模組以進行開發LoRaWAN產品

按下面連結下載YAT終端機軟體

https://sourceforge.net/projects/y-a-terminal/

示範如何安裝YAT終端機軟體

演示如何開啟YAT終端機及設定快捷鍵

按下面連線圖連接USB to TART 及 LM110模組

圖5

 

Arduino開發環境安裝及操作說明

步驟一 (環境安裝):

示範如何安裝 Arduino (影片演示)

步驟二 (軟體開發及上傳至MCU):

按下面連接開啟程式、組譯及燒錄至IC (影片演示)

 

如何設定及使用IOG851網關

步驟一 如何連結硬體設備

圖6

圖7

步驟二 如何在網關Console中加入節點

步驟三 測試在本地端讀取LoRaWAN節點上傳的資料

步驟四 於No-IP上申請測試網址

進入 https://www.noip.com 網站後申請帳號密碼後進入DNS後增加固定IP網址

 

圖8

 

步驟五 於閘道機上設定浮動IP轉向固定IP

步驟六 示範如何透過第三方固定IP通訊埠讀取閘道機上接收到的資料

 

基本程式結構

圖9

 

成果演示

一 測試環境解說

圖10 測試環境佈置