基於Semtech SX1276 LoRa 連入Things雲的靜電監測方案

靜電是指電荷聚集在物體上的現象,一般物質由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。 在正常狀況下物體中正負電荷電量相等,對外不顯示出具有帶電性。但在一定的外部環境作用如摩擦,物體中的電子會因為獲得或失去而使物體內部的正負電荷電量差變化;此時物質本身就會呈現帶電性。而此現象可以使用靜電表檢測驗電荷的極性及數值。靜電積累越來越多後因不同物體間電位差而導致電荷電流經瞬間發生轉移的過程稱為放電。冬季手和車子或是門把之間的火花、大自然的閃電等現象都屬於靜電放電。此種現象有時會對我們造成困惱,例如靜電會導致電氣設備及電子產品的損壞,在電子生產線上可能造成不良率變高,甚至在工廠裡可能導致氣體或是粉層的爆炸。

此處我們提出一個利用物聯網的概念把檢測出來的靜電值回報到雲端以供佈線距離的即時監測。其技術的核心是使用長距離低耗電無線傳輸技術LoRa來做無線網路的連結。過去此類應用大都是以將收集到的把資訊或是警告訊號以有線電話PSTN、無線網路Wifi、藍芽BLE或行動電話網路GPRS等方式傳送出去。但此類的通訊方式或多或少有著高耗電、距離短等等的缺點無法兼具。但在現今物聯網的興起讓市場上開始尋找新技術可以把周遭的一些物品透過低省電及長距離的無線技術互相溝通,LoRa無線技術上不只支援Proprietary,也可以支援全球共通網路LoRaWAN的彈性需求。此處我們使用的就是利用支援LoRaWAN的模組將為微處理器處理好的數據發送至LoRaWAN的資料收集器或稱閘道機,在送至網路上的網路伺服器及應用伺服器以供監控及應用。

連雲 (The Things Network) 資料收集圖:

實測靜電數值數據送至雲端

  

►場景應用圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

① 感測器端 : 由結合式場效應電晶體為主的靜電感知迴路感應到的靜電場強度電壓後經放大及阻抗轉換成直流電壓。再由微處理器將資料處理轉換成風力訊號後再由UART送至LoRaWAN模組發送至空中。 ② 資料接收端 : 由LoRaWAN 閘道機接收到資料後SX1301晶片彙整處理訊息後經Internet 送至網路伺服器TTN。 ③ 網路端 : 當網路伺服器TTN受到訊息後解碼成JSON格式後再傳送至客戶所使用的應用伺服器或儲存伺服器。此處我們是導向應用伺服器MyDevices。 ④ 用戶端 : 使用者以電腦或是手機隨時可以上網檢查數據。

►方案規格

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。

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