DeSens LoRa. Develict Solu ons s.r.o

DEVELICT Solu ons s.r.o., Na stezce 2124/4, 100 00 Praha 10 | IČ: 01913247 | DIČ: CZ 01913247

DeSens LoRa

Zákazník: Develict Solu ons s.r.o. Autor: Develict Solu ons s.r.o.

Verze dokumentu: 1.0 Datum vydání: 26. září 2016

-

Seznam obrázků

2.1

Komunikační a řídicí jednotka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

3.1 3.2

Skutečné provedení senzoru měření proudění vzduchu. . . . . . . . . . . . . . . . . Detail zobrazení měřicí čás senzoru proudění vzduchu. . . . . . . . . . . . . . . . .

9 10

5.1 5.2 5.3

Komunikační a řídicí jednotka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rozměry přizpůsobovacího adaptéru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rozměry Wind Sensor Rev. C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 16 16

email: [email protected] | web: www.develict.com

strana 1 | 17

-

Seznam tabulek

2.1

Detailní informace o použité baterii. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

3.1 3.2

Základní specifikace senzoru pro měření proudění vzduchu. . . . . . . . . . . . . . . Specifikace měření proudění vzduchu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 7

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Popis LoRaWAN paketu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Popis záhlaví LoRaWAN paketu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seznam iden fikátorů senzorů společnos DEVELICT Solu ons s.r.o. . Popis servisní čás LoRaWAN paketu. . . . . . . . . . . . . . . . . . Popis LoRaWAN paketu pro přenos dat ze senzoru proudění vzduchu.

. . . . .

11 11 12 13 14

6.1

Historie změn u čidla měření proudění vzduchu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17


. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

strana 2 | 17

-

Obsah

1 Obecný popis

4

2 Komunikační a řídicí jednotka 2.1 Ovládání . . . . . . . . . . . 2.1.1 Zapnu zařízení . . . 2.1.2 Vypnu zařízení . . . 2.1.3 Okamžitý přenos dat 2.2 Signalizace . . . . . . . . . . 2.3 Použitá baterie . . . . . . .

. . . . . .

5 6 6 6 6 6 6

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

3 Vlastnos senzorů 3.1 Senzor proudění vzduchu . . . . . . . 3.1.1 Přehled základních parametrů 3.1.2 Princip měření . . . . . . . . 3.1.3 Výpočet rychlos větru . . . . 3.1.4 Skutečné provedení . . . . . . 3.1.5 Upozornění . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

7 7 7 8 8 9 10

4 Přenos dat - uplink 4.1 Konstrukce přenosového paketu . . . . . . . . . . . 4.2 Záhlaví přenosového paketu . . . . . . . . . . . . . 4.3 Servisní datový obsah . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Získání hodnoty intenzity přijímaného signálu 4.3.2 Získání hodnoty odstupu signálu od šumu . . 4.3.3 Získání napěťové úroveně baterie . . . . . . 4.4 Uživatelský datový obsah . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Měření proudění vzduchu . . . . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

11 11 11 13 13 13 13 14 14

. . . .

15 15 16 16 16

5 Rozměry 5.1 Komunikační a řídicí jednotka . . 5.2 Modul měření proudění vzduchu 5.2.1 Přizpůsobovací adaptér . 5.2.2 Wind Sensor Rev. C . . . 6 Historie změn


. . . .

. . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

17

strana 3 | 17

-

1. Obecný popis DeSens je zařízení určené pro přenos dat skrze LoRaWAN síť splňující specifikaci LoRaWAN 1.0. Zařízení je určeno pro bateriový provoz a je klasifikováno jako zařízení A v infrastrukturách LoRaWAN sí 1 . LoRaSens je možné pořídit v následujících modifikacích: Kombinovaný senzor teplota a vlhkost Senzor intenzity osvětlení Senzor vlhkos půdy Senzor proudění vzduchu Senzory meteostanice - anemometr, větrná růžice Senzor ionizujícího záření Senzor plynu radon Zařízení DeSens je složeno ze dvou čás . První čás je komunikační a řídicí jednotka, která se stará o sběr dat ze senzoru a jejich následné odeslání skrze LoRaWAN modem do sítě. Jejímu bližšímu popisuje věnována kapitola 2. Druhou čás je pak samotný senzor. Vlastnos jednotlivých senzorů včetně elektrických parametrů celé sestavy jsou uvedeny v kapitole 3.

1

Zařízení je kompa bilní s LoRaWAN sí provozovanou h ps://www.radiokomunikace.cz/budujeme-sit-pro-internet-veci. email: [email protected] | web: www.develict.com

Českými

radiokomunikacemi

viz

strana 4 | 17

-

2. Komunikační a řídicí jednotka Na obrázku 2.1 je zobrazena deska s rozmístěním jednotlivých součástek. Jde zejména o: ANT - anténní konektor U.FL pro připojení externí antény pro pásmo 868 MHz a impedanci 50 Ω Ba ery - pa ce pro baterii velikos AA a napě m do 3.6 V EXT_PWR - pa ce pro připojení externího napájení max. 3.6V DC LED1 - obecná signalizace (využito dle zvolené verze senzoru) LED2 - signalizace LoRaWAN komunikace K1 - konektor pro připojení senzoru viz typy senzorů, které jsou uvedeny v kapitole 3 SW1 - tlačítko pro ak vaci okamžitého odeslání zprávy Antenna connector

Battery

Orange LED Quick transmission button

Sensor connector

External power supply

Green LED

Obrázek 2.1: Komunikační a řídicí jednotka.


strana 5 | 17

-

2.1

Ovládání

2.1.1 Zapnutí zařízení Zapnu zařízení se provede vložením baterie.

2.1.2 Vypnutí zařízení Vypnu zařízení se provede vyjmu m baterie.

2.1.3 Okamžitý přenos dat Pokud je zapotřebí vyvolat okamžitý přenos aktuálně naměřených dat, postačí krátce zmáčknout spínač SW1.

2.2

Signalizace

U senzoru probíhá následující signalizace pomocí LED viz obrázek 2.1: 1. Spuštění senzoru - krátké probliknu zelené diody. 2. Měření - rozsvícení oranžové diody. 3. Příprava a přenos dat - rozsvícení zelené diody.

2.3

Použitá baterie

V zařízení je použita baterie lithium/thionyl chloridová baterie (PN: LS14500). Detailní informace o použité baterii jsou uvedeny v tabulce 2.1. Pro senzory je možné použít i jiný typ baterie velikos AA, ale je nutné počítat s patřičnou změnou výdrže odpovídající spotřebě dané varianty senzoru. Tabulka 2.1: Detailní informace o použité baterii. Položka Hodnota LS14500 PN 2,3 až 3,67 V Rozsah napě 3,6 V Nominální napě 2600 mAh Kapacita 50 mA Maximální vybíjecí proud až 250 mA Maximální špičkový proud -60 ◦ C až 85 ◦ C Provozní teplota


strana 6 | 17

-

3. Vlastnosti senzorů 3.1

Senzor proudění vzduchu

Senzor proudění vzduchu je založen na zařízení Wind Sensor Rev. C společnos Modern Device. Bližší informace o použitém senzoru jsou dostupné na webové adrese: https://moderndevice.com/product/wind-sensor/.

3.1.1 Přehled základních parametrů Tabulka 3.1: Základní specifikace senzoru pro měření proudění vzduchu. Položka Parametr Specifikace Jednotka 2,4 - 3,6 V Napájecí napě 3,2 µA Odběr během spánku až 45 mA Odběr během měření 16@14dBm mA Odběr během vysílání 10 minut Vyčítací interval 868,1 (LC1) MHz 868,3 (LC2) MHz Elektrické vlastnos 868,5 (LC3) MHz 867,1 (LC4) MHz Frekvence 867,3 (LC5) MHz 867,5 (LC6) MHz 867,7 (LC7) MHz 867,9 (LC8) MHz SF12/125 - SF7/125 kHz Data rate on Adap ve data rate ◦ C -40 až 85 Teplota Provozní podmínky <100 %RH Vhkost (nekondenzující)

Parametr RV TMP

Tabulka 3.2: Specifikace měření proudění vzduchu. Upřesnění Minimální Typická Maximální Napájecí 1.8 napě Napájecí 0 2.8 Měřeno při pokojové teplotě napě


Jednotka V V

strana 7 | 17

-

3.1.2 Princip měření Popis činnos Senzor proudění vzduchu je tzv. termální anemometr, který je principiálně založen na technice měření nazvané ”hot-wire”. Měření je založeno na zahřá senzoru na konstantní teplotu a následném měření proudu, který je nutný pro dorovnání teploty při ochlazování senzoru proudícím vzduchem. Tento měřený proud je pak roven druhé mocnině rychlos proudění vzduchu. Senzor může být využit pro měření velmi malých až středních rychlos proudění vzduchu. Díky vysoké citlivos lze senzorem zachy t dech nebo pohyb v místnos . Změna hodnoty výstupního napě je logaritmická díky čemuž lze zachy t nepatrný pohyb vzduchu i jeho proudění o rychlostech přesahující 90 km/h. Před samotným měřením je nutné senzor teplotně stabilizovat, což trvá 10 sekund. Tento proces je signalizován rozsvícením oranžové diody viz obrázek 2.1. Výstupem senzoru jsou dvě veličiny: RV - přímé napě smyčky udávané ve voltech, které nikdy nedojde do stavu saturace. Při pokojové teplotě se hodnota napě pohybuje kolem 1.8 V. TMP - hodnota napě ve voltech odpovídající měřené teplotě. Při pokojové teplotě je cca 2.8 V. Se vzrůstající teplotou klesá a naopak s klesající teplotou roste. Kalibrace Při kalibraci je vhodné senzor zakrýt sklenicí, která zamezí přístupu jakéhokoliv vzdušného proudění. Následná hodnota výstupního napě RV odpovídá nulovému proudění. Zakrýt stačí jen měřicí část viz detail na obrázku 3.2.

3.1.3 Výpočet rychlosti větru Jednou z možných aplikací senzoru proudění vzduchu je určení rychlos větru tzv. funkce anemometru. Za mto účelem je nutné provést přepočet výstupních napěťových veličin na teplotu udávanou v ◦ C a rychlost v m/s nebo lépe km/s. Veškeré níže uvedené výpočty jsou přibližné a pro přesné určení rychlos větru je nutné provést jejich kalibraci. Získání teploty 209.7152 × T M P 2 − 3453.3376 × T M P + 9075.4000 100 kde T M P je údaj o teplotě ve voltech. T emperature =

(3.1)

Získání rychlos větru Získání referenční hodnoty napě při nulovém působení větru: ZeroW indSpeed = −0.1229 × T M P 2 + 1.0727 × T M P + 0.2303


(3.2)

strana 8 | 17

Rychlost větru v mílích za sekundu (mph): ( )2.7265 RV − ZeroW indSpeed − W indSpeedCorr W indSpeedM P H = 0.2300

(3.3)

kde parametr W indSpeedCorr je korekce na nulovou rychlost větru. Parametr je uváděn ve voltech. Typická hodnota je cca 0.2 V. RV je aktuální hodnota rychlos proudění vzduch ve voltech. Parametr W indSpeedCorr lze nalézt kalibrací viz popis v kapitole 3.1.2. Samotný přepočet na metrické jednotky km/h je následující: W indSpeedKP H = W indSpeedM P H × 1.6093

(3.4)

3.1.4 Skutečné provedení

Obrázek 3.1: Skutečné provedení senzoru měření proudění vzduchu.


strana 9 | 17

-

3.1.5 Upozornění V průběhu teplotní stabilizace a měření, oranžová LED sví , je část senzoru, která je zvýrazněna na obrázku 3.2 velmi horká. Uvedená část by rovněž během měření neměla být ničím zakrytá a měla by být vystavena přímému působení měřeného proudění.

Obrázek 3.2: Detail zobrazení měřicí čás senzoru proudění vzduchu.


strana 10 | 17

-

4. Přenos dat - uplink Kapitola popisuje členění a obsah komunikačních paketů putujících ze senzoru do lora sítě (směr uplink). V této kapitole jsou uvedeny informace platné pro všechny senzory vyvíjené společnos DEVELICT Solu ons s.r.o. viz seznam v tabulce 4.3.

4.1

Konstrukce přenosového paketu

Popis paketu pro směr uplink 4.1: Header - info o typu paketu/senzoru detail viz tab. 4.2. Service Payload - servisní záhlaví viz 4.3. Data Payload - datová část paketu viz 4.4. Veškerá vícebajtové pole jsou ukládána ve formátu big-endian.

Bytes Item

4.2

1 Header

Tabulka 4.1: Popis LoRaWAN paketu. 4 Service Payload

N Data Payload

Záhlaví přenosového paketu

Popis záhlaví přenosového paketu ve směru uplink viz 4.2: 0 .. 2 bit - rezervováno pro budoucí použi . 3 .. 7 bit - iden fikátor přenášené informace resp. iden fikátor přenášených dat viz tabulka 4.3.

Bit Item

0 Reserved

Tabulka 4.2: Popis záhlaví LoRaWAN paketu. 1 2 Reserved Reserved


3

4

5 6 7 Sensor ID

strana 11 | 17

-

Tabulka 4.3: Seznam iden fikátorů senzorů společnos DEVELICT Solu ons s.r.o. Sensor ID Name Size Descrip on 0x00h 0x01h Temperature 2B 0x02h Humidity 2B Sensor: HTU21D(F) 0x03h Temperature/Humidity 2B+2B Sensor: APDS-9300 0x04h Illuminance 2B 0x05h Soil Moisture 2B Sensor: DEVELICT KID 0x06h Radia on 2B+2B+2B Sensor: RD200M 0x07h Radon 2B+2B Sensor: Wind Sensor Rev. C 0x08h Air Flow 2B+2B 0x09h Meteo Sta on 2B+2B 0x0Ah Sound Detector 2B+2B 0x0Bh 0x0Ch 0x0Dh 0x0Eh 0x0Fh 0x10h 0x11h 0x12h 0x13h 0x14h 0x15h 0x16h 0x17h 0x18h 0x19h 0x1Ah 0x1Bh 0x1Ch 0x1Dh 0x1Eh 0x1Fh 0x20h -


strana 12 | 17

-

4.3

Servisní datový obsah

V servisní čás paketu jsou k dispozici informace o stavu komunikačního rozhraní a napěťové úrovně použité baterie. Význam jednotlivých bajtů je následující: RSSI - úroveň přijímaného signálu (Received Signal Strength Indica on). SNR - odstup signálu od šumu (Signal To Noise Ra o). Ba ery - informace o napěťové úrovni baterie.

Bytes Item

Tabulka 4.4: Popis servisní čás LoRaWAN paketu. 1 1 RSSI SNR

2 Ba ery

4.3.1 Získání hodnoty intenzity přijímaného signálu Hodnota úrovně přijatého výkonu je udávána v jednotkách dBm. Pole má velikost 1B a obsahuje znaménkové dekadické číslo reprezentované jeho hexadecimální hodnotou. RSSI může nabývat rozsahu -128 až 127 dBm. Pokud není RSSI dostupné1 , je zapsána hodnota 255 (0xFF). RSSI = RSSI(10)

(4.1)

4.3.2 Získání hodnoty odstupu signálu od šumu Hodnota odstupu signálu od šumu je udávána v jednotkách dB. Pole má velikost 1B a obsahuje znaménkové dekadické číslo reprezentované jeho hexadecimální hodnotou. SNR může nabývat rozsahu -128 až 127 dB2 . Hodnota 0 dB je tedy na úrovni 12810 (0x80). Pokud není SNR dostupné, je zapsána hodnota 25510 (0xFF). Informace o SNR je měřena z posledního řádně přijatého paketu. SN R = SN R(10) − 128

(4.2)

4.3.3 Získání napěťové úroveně baterie Hodnota aktuálního napě napájecí baterie udávaná v mV. Pole má velikost 2 B a hodnota napěťové úrovně baterie je uložena v její hexadecimální podobě. Pro získání údaje ve voltech je nutné provést následující transformaci: Battery(10) 1000 Bližší informace o použité baterii a jejich vlastnostech jsou uvedeny v kapitole 2.3. Battery =

(4.3)

1

Senzor RN2483 získání hodnoty RSSI neumožňuje a k dispozici je jen informace o aktuálním RSSI ve směru uplink. Hodnota SNR je aktualizována jen tehdy, pokud je odeslaná zpráva vyžadující potvrzení nebo je přijata datová zpráva ze směru downlink. A to vždy se zpožděním jednoho přenosu. 2


strana 13 | 17

-

4.4

Uživatelský datový obsah

4.4.1 Měření proudění vzduchu Hodnoty ze senzoru pro měření proudění vzduchu jsou uloženy ve 2 B polích viz tabulka 4.5. Aktuální hodnota proudění vzduchu je označena jako RV a je udávána ve voltech (V). Informace o teplotě je označena jako T M P a je udávána ve stupních Celsia (◦ C).

Bytes Item

Tabulka 4.5: Popis LoRaWAN paketu pro přenos dat ze senzoru proudění vzduchu. 4 1 2 2 Service Payload DataRV DataT M P Header

Získání hodnoty proudění vzduchu Pro získání hodnoty v jednotkách V je nutné 2 B hexadecimální hodnotu převést na dekadické číslo a následně vydělit číslem 1000 viz následující transformace: RV =

(DataRV )(10) 1000

(4.4)

Získání hodnoty teploty Pro získání hodnoty v jednotkách ◦ C je nutné 2 B hexadecimální hodnotu převést na dekadické číslo a následně vydělit číslem 1000 viz následující transformace: T MP =


(DataT M P )(10) 1000

(4.5)

strana 14 | 17

-

5. Rozměry 5.1

Komunikační a řídicí jednotka

Rozměry komunikačního modulu LoRaWAN technologie: 63 mm D x 58 mm Š x 20 mm V Tloušťka DPS: 1,6 mm

58

6.5

+

50

3.2

18.5 50 58

Obrázek 5.1: Komunikační a řídicí jednotka.


strana 15 | 17

-

5.2

Modul měření proudění vzduchu

Modul měření proudění vzduchu je složen ze dvou čás : přizpůsobovací adaptér a senzorová deska Wind Sensor Rev. C.

5.2.1 Přizpůsobovací adaptér Rozměry přizpůsobovacího adaptéru: 58 mm D x 18 mm Š x 3 mm V Tloušťka DPS: 1,6 mm 58.00 50.00 2K R1 R2 10k 10k

IC1 C1 10uF/6,3V

9.00

18.00

1K

R3 R4 10k 10k

2 3 4 5 6 7

5 4 3 2

NCP1400ASN50T1G

L1 C2 22uH D1 68uF/6,3V MBR0520LT1G

T1 SI2323CDS-T1-GE3

3.

20

Obrázek 5.2: Rozměry přizpůsobovacího adaptéru.

5.2.2 Wind Sensor Rev. C Rozměry senzoru: 40.386 mm D x 17.272 mm Š x 3 mm V (přepočteno z palců) Tloušťka DPS: 1 mm

17.272 mm

40.386 mm

Obrázek 5.3: Rozměry Wind Sensor Rev. C.


strana 16 | 17

-

6. Historie změn

Verze 1.0

Tabulka 6.1: Historie změn u čidla měření proudění vzduchu. Datum Autor Změny Výchozí verze dekumentu 27.9.2016 Zbyněk Kocur


strana 17 | 17

DeSens LoRa. Develict Solu ons s.r.o

Recommend Documents