基于 Semtech SX1301之永洋科技IOG851 LoRa闸道机之一氧化碳侦测方案

解决问题一 (减少自行开发闸道机之人力成本及争取市场商机):

当厂商决定要开始使用LoRaWAN架构时,除了要制定一个完整的物联网架构外就是要考虑是否自行开发SX1301 LoRaWAN网关。基于掌握完整设计能力的考量,大部分的厂商都希望能够从节点到网关都自行设计,但其中所需要的较专精之技术能力和网关的使用量并不会太大;举例来说可能每数百个节点才需要一个网关。所以如果以经济成本来考量的话不如把重心放在应用上面及使用者界面来的重要。此处所使用永洋科技所开发的IOG851闸道机就是基于这个重点来协助客户可以快速把应用实现。    

 

图1

 

解决问题二 (使用LoRa改善传输技术改善通讯能力):

对于大楼建筑、工厂或是农场以至于如欧美之家庭之安全需求是一大需求,对于此类安防之系统架构一般都是使用实体有线、FSK(频率偏移调变)、Zigbee、Bluetooth或是Wifi等传输模式来做为通讯方式。但这些通讯方式或多或少都有其先天的限制,下面为我约略做的整理比较表


图2

 

依上表来看,如果我们要在此等警告系统中使用上列技术的话会有点挑战性。所以我们以本方案来提出使用LoRa方式来解决如下问题

  1. 距离: LoRa 可提供高至-148 dB 的感度,可提供长距离及高穿透性的应用。
  2. 感扰: 使用展频技术可提供高抗杂讯。
  3. 省电: 低至0.1uA之耗电可提供长时间不需更换电池使用。

 

方案特色说明

本方案之特色为提供LoRa开发人员能够将所企划的产品能够快速的连上LoRaWAN网路。本专案之特色为使用永洋科技IOG851 LoRaWAN网关,该网关是基于使用Semtech 8 channels LoRa gateway IC的架构再加上永洋科技多年来在闸道机上的经验如支援动态IP及网路及电源被援功能。当我们将应用架构于该网关上就如在已经打好基础之地基上盖大楼。

 

工作原理描述说明

在此方案中我们是以环天世通所开发的LM130模组来当作节点端,开发环境我们是使用市场上广为使用的Arduino,微处理机部分是使用Atmega328来示范。我们先使用 Arduino Pro-Mini来接收并处理由感测器来的资讯,再将该资讯透过LM-130经LoRaWAN通讯协议后送至网关。在资料输出部分IOG851提供内部独立的LoRaWAN服务器让使用者可在本地端127.0.0.1读取或观测load data,或是使用Package forwarder把网关的资料送至外部网路服务器如The Things Networks。此处我们的应用是选择第一种模式直接读取网关上的资料。

 

环天LM-110H环境设定及操作使用说明

本方案所使用的环天LM-110H模组依频段不同有410-525MHz (Model: LM-210L)及862-1020MHz (Model: LM-110H)两个种类。此处因为设定使用于台湾、美国、日本等国家,所以选用LM-110HH。下图为实体相片及接脚尺寸图。

 

图3

 

该模组本身支援LoRaWAN及环天自有之MO.S.T.通讯协定。出厂预设为LoRaWAN,但可以使用AT Command方式切换到M.O.S.T.。

LM-110H对外接脚除电源和天线外、具有一组可设定从1200/ 2400/ 4800/ 9600(Default)/ 19200/ 38400到57600bps速率的标准UART通讯埠。一BZ Pin提供MCU读取模组工作状态,另外如下图所示提供P1 及P2供使用者在MO.S.T架构下选择正常、唤醒、省电及设定四种使用模式。而在LoRaWAN模式则可以直接以终端机方式进入AT Command模式进行设定和控制。


图4

 

如何安装及使用YAT终端机来控制LM110模组以进行开发LoRaWAN产品

按下面连结下载YAT终端机软体

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

示范如何安装YAT终端机软体 (油管视频,想看?你懂的)
//www.youtube.com/embed/qStXFpAV1Ps

演示如何开启YAT终端机及设定快捷键 (油管视频,想看?你懂的)

//www.youtube.com/embed/3miACDeOC3Y

按下面连线图连接USB to TART 及 LM110模组


图5

 

Arduino开发环境安装及操作说明

步骤一 (环境安装):

示范如何安装 Arduino (影片演示) (油管视频,想看?你懂的)

//www.youtube.com/embed/piJb3b9A5go

步骤二 (软体开发及上传至MCU):

按下面连接开启程式、组译及烧录至IC (影片演示) (油管视频,想看?你懂的)

//www.youtube.com/embed/cVoo5gB_jks

 

如何设定及使用IOG851网关

步骤一 如何连结硬体设备


图6

图7

步骤二 如何在网关Console中加入节点 (油管视频,想看?你懂的)

//www.youtube.com/embed/5jy8UQyyfwo

步骤三 测试在本地端读取LoRaWAN节点上传的资料 (油管视频,想看?你懂的)

//www.youtube.com/embed/JjE5nllDwUw

步骤四 No-IP上申请测试网址

进入 https://www.noip.com 网站后申请帐号密码后进入DNS后增加固定IP网址

 

图8

 

步骤五 于闸道机上设定浮动IP转向固定IP (油管视频,想看?你懂的)

//www.youtube.com/embed/JjE5nllDwUw

步骤六 示范如何透过第三方固定IP通讯埠读取闸道机上接收到的资料 (油管视频,想看?你懂的)

//www.youtube.com/embed/zcoJ8ic6SaA

 

基本程式结构


图9

 

成果演示 (油管视频,想看?你懂的)

//www.youtube.com/embed/KlerYokfND8

测试环境解说


图10 测试环境布置

 

场景应用图

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产品实体图

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展示版照片

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方案方块图

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核心技术优势

SX1276 芯片为具有LoRa®远程调制解调器,可提供超长距离扩频通信和高抗干扰性,同时将电流消耗降至最低。Semtech的专利LoRa调制技术SX1276可以使用低成本的震荡晶体和材料清单来实现-148dBm以上的灵敏度。高灵敏度与高达+ 20dBm功率放大器相结合,产生了业界领先的链路预算,使其成为物联网应用的最佳选择之一。 与传统的调制技术相比,LoRa提供了优异的抗干扰性和低耗能之间的最佳方案。

方案规格

 芯片组 ~ SEMTECH LoRa SX1276系列  频率 ~ 862-1020MHz(型号:LM-230H)  传输功率 ~ 100mW(MAX。)  传输媒体 ~ UART  UART波特率 ~ 1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600bps  电流消费 ~ 接收:13 mA(典型值),发射:120 mA(典型值),睡眠:2.2uA(典型值)  传输距离 ~ 1KM〜10KM(0.81Kbps)  接收灵敏度 ~ -132dBm@0.81Kbps  工作温度 ~ -40°C~85°C  尺寸 ~ 尺寸25毫米x 18毫米x T2.6毫米:身份验证和加密

技术文档

类型标题档案
软件Datasheet
软件Command file
软件Datasheet_产品规格书,解压缩需要联络方案owner

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