DeSens LoRa. Develict Solu ons s.r.o.

Transkript

1 , Na stezce 2124/4, Praha CZ DeSens LoRa Develict Solu ons s.r.o. Develict Solu ons s.r.o září 2016

2 Seznam obrázků 2.1 Komunikační a řídicí jednotka Skutečné provedení senzoru měření proudění vzduchu Detail zobrazení měřicí čás senzoru proudění vzduchu Komunikační a řídicí jednotka Rozměry přizpůsobovacího adaptéru Rozměry Wind Sensor Rev. C info@develict.com strana 1 17

3 Seznam tabulek 2.1 Detailní informace o použité baterii Základní specifikace senzoru pro měření proudění vzduchu Specifikace měření proudění vzduchu 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 Historie změn u čidla měření proudění vzduchu info@develict.com strana 2 17

4 Obsah 2.1 Ovládání Zapnu zařízení Vypnu zařízení Okamžitý přenos dat Signalizace Použitá baterie Senzor proudění vzduchu Přehled základních parametrů Princip měření Výpočet rychlos větru Skutečné provedení Upozornění Konstrukce přenosového paketu Záhlaví přenosového paketu Servisní datový obsah Získání hodnoty intenzity přijímaného signálu Získání hodnoty odstupu signálu od šumu Získání napěťové úroveně baterie Uživatelský datový obsah Měření proudění vzduchu Komunikační a řídicí jednotka Modul měření proudění vzduchu Přizpůsobovací adaptér Wind Sensor Rev. C info@develict.com strana 3 17

5 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 Českými radiokomunikacemi viz h ps:// info@develict.com strana 4 17

6 2. Komunikační a řídicí jednotka Na obrázku 2.1 je zobrazena deska s rozmístěním jednotlivých součástek. Jde zejména o: - anténní konektor U.FL pro připojení externí antény pro pásmo 868 MHz a impedanci 50 Ω - pa ce pro baterii velikos AA a napě m do 3.6 V - pa ce pro připojení externího napájení max. 3.6V DC - obecná signalizace (využito dle zvolené verze senzoru) - signalizace LoRaWAN komunikace - konektor pro připojení senzoru viz typy senzorů, které jsou uvedeny v kapitole 3 - tlačítko pro ak vaci okamžitého odeslání zprávy Antenna connector Battery Quick transmission button Orange LED External power supply Sensor connector Green LED Obrázek 2.1: Komunikační a řídicí jednotka. info@develict.com strana 5 17

7 2.1 Ovládání Zapnutí zařízení Zapnu zařízení se provede vložením baterie Vypnutí zařízení Vypnu zařízení se provede vyjmu m baterie Okamžitý přenos dat Pokud je zapotřebí vyvolat okamžitý přenos aktuálně naměřených dat, postačí krátce zmáčknout spínač SW Signalizace U senzoru probíhá následující signalizace pomocí LED viz obrázek 2.1: 1. - krátké probliknu zelené diody rozsvícení oranžové diody 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. PN LS14500 Rozsah napě 2,3 až 3,67 V Nominální napě 3,6 V Kapacita 2600 mah Maximální vybíjecí proud 50 ma Maximální špičkový proud až 250 ma Provozní teplota -60 C až 85 C info@develict.com strana 6 17

8 3. Vlastnosti senzorů 3.1 Senzor proudění vzduchu Senzor proudění vzduchu je založen na zařízení společnos. Bližší informace o použitém senzoru jsou dostupné na webové adrese: Přehled základních parametrů Tabulka 3.1: Základní specifikace senzoru pro měření proudění vzduchu. Napájecí napě 2,4-3,6 V Odběr během spánku 3,2 µa Odběr během měření až 45 ma Odběr během vysílání 16@14dBm ma Vyčítací interval 10 minut 868,1 (LC1) MHz 868,3 (LC2) MHz Elektrické vlastnos 868,5 (LC3) MHz Frekvence 867,1 (LC4) MHz 867,3 (LC5) MHz 867,5 (LC6) MHz 867,7 (LC7) MHz 867,9 (LC8) MHz Data rate SF12/125 - SF7/125 khz Adap ve data rate on - Provozní podmínky Teplota -40 až 85 C Vhkost (nekondenzující) <100 %RH Tabulka 3.2: Specifikace měření proudění vzduchu. RV Napájecí napě V TMP Měřeno při pokojové teplotě Napájecí napě V info@develict.com strana 7 17

9 3.1.2 Princip měření 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: - přímé napě smyčky udávané ve voltech, které nikdy nedojde do stavu saturace. Při pokojové teplotě se hodnota napě pohybuje kolem 1.8 V. - 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. Při kalibraci je vhodné senzor zakrýt sklenicí, která zamezí přístupu jakéhokoliv vzdušného proudění. Následná hodnota výstupního napě odpovídá nulovému proudění. Zakrýt stačí jen měřicí část viz detail na obrázku 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. T emperature = T MP T MP kde T MP je údaj o teplotě ve voltech. (3.1) Získání referenční hodnoty napě při nulovém působení větru: ZeroW indspeed = T MP T MP (3.2) info@develict.com strana 8 17

10 Rychlost větru v mílích za sekundu (mph): ( ) RV ZeroW indspeed W indspeedcorr W indspeed MP H = (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 Samotný přepočet na metrické jednotky km/h je následující: Skutečné provedení W indspeed KP H = W indspeed MP H (3.4) Obrázek 3.1: Skutečné provedení senzoru měření proudění vzduchu. info@develict.com strana 9 17

11 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. info@develict.com web: strana 10 17

12 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 DE- VELICT Solu ons s.r.o. viz seznam v tabulce Konstrukce přenosového paketu Popis paketu pro směr uplink 4.1: - info o typu paketu/senzoru detail viz tab servisní záhlaví viz datová část paketu viz 4.4. Veškerá vícebajtové pole jsou ukládána ve formátu. Tabulka 4.1: Popis LoRaWAN paketu. Header Service Payload Data Payload 4.2 Záhlaví přenosového paketu Popis záhlaví přenosového paketu ve směru uplink viz 4.2: - rezervováno pro budoucí použi. - iden fikátor přenášené informace resp. iden fikátor přenášených dat viz tabulka 4.3. Tabulka 4.2: Popis záhlaví LoRaWAN paketu. Reserved Reserved Reserved Sensor ID info@develict.com strana 11 17

13 Tabulka 4.3: Seznam iden fikátorů senzorů společnos DEVELICT Solu ons s.r.o. 0x00h x01h Temperature 2B - 0x02h Humidity 2B - 0x03h Temperature/Humidity 2B+2B Sensor: HTU21D(F) 0x04h Illuminance 2B Sensor: APDS x05h Soil Moisture 2B - 0x06h Radia on 2B+2B+2B Sensor: DEVELICT KID 0x07h Radon 2B+2B Sensor: RD200M 0x08h Air Flow 2B+2B Sensor: Wind Sensor Rev. C 0x09h Meteo Sta on 2B+2B - 0x0Ah Sound Detector 2B+2B - 0x0Bh x0Ch x0Dh x0Eh x0Fh x10h x11h x12h x13h x14h x15h x16h x17h x18h x19h x1Ah x1Bh x1Ch x1Dh x1Eh x1Fh x20h info@develict.com strana 12 17

14 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: - úroveň přijímaného signálu (Received Signal Strength Indica on). - odstup signálu od šumu (Signal To Noise Ra o). - informace o napěťové úrovni baterie. Tabulka 4.4: Popis servisní čás LoRaWAN paketu. RSSI SNR Ba ery 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 dostupné 1, je zapsána hodnota 255 (0xFF) Získání hodnoty odstupu signálu od šumu RSSI = RSSI (10) (4.1) 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 db 2. Hodnota 0 db je tedy na úrovni (0x80). Pokud není SNR dostupné, je zapsána hodnota (0xFF). Informace o SNR je měřena z posledního řádně přijatého paketu Získání napěťové úroveně baterie SNR = SNR (10) 128 (4.2) 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 = Battery (10) 1000 Bližší informace o použité baterii a jejich vlastnostech jsou uvedeny v kapitole 2.3. (4.3) 1 Senzor RN2483 získání hodnoty RSSI neumožňuje a k dispozici je jen informace o aktuálním RSSI ve směru uplink. 2 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. info@develict.com strana 13 17

15 4.4 Uživatelský datový obsah 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 MP a je udávána ve stupních Celsia ( C). Tabulka 4.5: Popis LoRaWAN paketu pro přenos dat ze senzoru proudění vzduchu. Header Service Payload Data RV Data T MP 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 = (Data RV ) (10) 1000 (4.4) 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 = (Data T MP ) (10) 1000 (4.5) info@develict.com strana 14 17

16 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 Obrázek 5.1: Komunikační a řídicí jednotka. info@develict.com strana 15 17

17 Modul měření proudění vzduchu Modul měření proudění vzduchu je složen ze dvou čás : přizpůsobovací adaptér a senzorová deska Wind Sensor Rev. C Přizpůsobovací adaptér Rozměry přizpůsobovacího adaptéru: 58 mm D x 18 mm Š x 3 mm V Tloušťka DPS: 1,6 mm NCP1400ASN50T1G IC1 C1 L1 C2 10uF/6,3V 22uH D1 68uF/6,3V T1 SI2323CDS-T1-GE3 MBR0520LT1G R1 R2 R3 R4 10k 10k 10k 10k 3.20 K1 K2 Obrázek 5.2: Rozměry přizpůsobovacího adaptéru Wind Sensor Rev. C Rozměry senzoru: mm D x mm Š x 3 mm V (přepočteno z palců) Tloušťka DPS: 1 mm mm mm Obrázek 5.3: Rozměry Wind Sensor Rev. C. info@develict.com strana 16 17

18 6. Historie změn Tabulka 6.1: Historie změn u čidla měření proudění vzduchu Zbyněk Kocur Výchozí verze dekumentu info@develict.com strana 17 17