SEK | EUR | USD

Utveckla en enkel lättanvänd utvärderingsplattform för fjärrsensorer

Framstegen inom MEMS-tekniken har resulterat i att mängder av nya sensorer blir tillgängliga för tillämpningar som sträcker sig från rörelsestyrning till biometri och allting däremellan. Projekt som inkluderar sensorer involverar först undersökningar för att identifiera potentiella komponenter. För undersökningsfasen är Digi-Keys Produktväljare för sensorer en utmärkt resurs för att identifiera potentiella sensorer. När en sensor har identifierats, är ett typiskt nästa steg att testa och utvärdera. Det är bara att inse - att testa en sensor på arbetsbänken är bara första steget. Man kan bekräfta kommunikation och funktionalitet, men tester i den faktiska miljön där sensorn ska användas är att föredra.

Figur 1. Sensorutvärderingsplattform installerad hos Digi-Key Electronics. (Bildkälla: Digi-Key Electronics)

Omfattningen av detta projekt har varit att utveckla en flexibel utvärderingsplattform som enkelt kan anpassas för flera sensorer, trådlöst skicka testdata tillbaka till användaren och använda enkelt tillgängliga serietillverkade komponenter från Digi-Key. Zigbee-protokollet valdes för trådlös datakommunikation eftersom det tillåter flera oberoende radioenheter på nätverket och masknätsfunktionaliteten erbjuder högre räckvidd och nätverksresiliens. Jag beslutade att använda en utomhusmiljösensor för en testprojektinstallation av utvärderingsplattformen, eftersom vår plats (nordvästra Minnesota) har mycket varierande väderförhållanden.

Sensorutvärderingsplattform

Digis Xbee3 Zigbee-modul är den intelligenta styrenheten för plattformen. Skälen till att välja Xbee3 är exempelvis förmågan att fungera som en fristående inbäddad styrenhet, vilken inbegriper Zigbees trådlösa radiokommunikation och att den stödjer FOTA (firmware over the air) för fjärruppdateringar. För att underlätta konfigurationen, pluggas Xbee3 in i ett Xbee Grove-utvecklarkort som leder ut Xbee3 I/O-pinnarna till Grove-kontaktdon som gör dem lätt åtkomliga.

Figur 2: Sensorutvärderingsplattform. (Bildkälla: Digi-Key Electronics)

Zigbee-radiohårdvaran har monterats inuti ett IP65-klassat PN-1323-CMB Bud-hölje så att plattformen kan placeras i en utomhusmiljö. TE Connectivitys M8 panelmonterade kontaktdon användes för att bygga det externa gränssnittet till en I2C-buss och 5 V-försörjning. En Amphenol 336320-12-0250 panelmonteringsadapter u.FL till RP-SMA användes för att ansluta den externa antennen.

Installera plattformen med en miljösensor

Miljösensorn som valdes för testinstallationen var TE Connectivitys MS8607, vilken mäter tryck, temperatur och fuktighet. TE har ett Grove MS8607-utvärderingskort som gör det mycket enkelt att koppla upp sig mot sensorutvärderingsplattformen. Fullständiga projektuppgifter, inklusive applikationens källkod, finns dokumenterade på projektsidan Xbee3 Zigbee Outdoor MS8607 Pressure Temperature Humidity (PTH) Sensor som finns på Digi-Keys eeWiki-plats. Figur 3 visar de elektriska anslutningarna och kopplingsgränssnittet mellan sensor och Zigbee-radioplattformen.

Figur 3: Xbee3 Utomhus Zigbee PHT-sensorprojekt - Elektriska anslutningar och kopplingsschema. (ritat med hjälp av Digi-Key Scheme-it®)

Fullständig materiallista och projektdetaljer finns i nedstående Digi-Key Scheme-it®-projekt.

I detta testprojekt installerades sensorplattformen på taket till Digi-Key Electronics huvudkontorsbyggnad. Figur 4 visar tryck, temperatur och fuktighetsdata som samlats in av PTH-sensorn i februari 2020.

Figur 4: tryck, temperatur, luftfuktighetsdata. (Bildkälla: Digi-Key Electronics)

De påtagliga fördelarna med FOTA

Efter att jag installerat sensorplattformen på taket till vårt huvudkontor, märkte jag att MS8607-temperaturdatan inte korrelerade med en annan tillverkares sensor i drift i samma miljö. När jag testade tidigare på mitt skrivbord vid rumstemperatur uppvisade båda sensorerna liknande mätvärden, men när de installerades utomhus fanns det en betydande differens vid låga temperaturer. Efter att jag undersökt databladen, insåg jag att jag inte hade implementerat den sekundära lågtemp.-korrigeringsformeln i MicroPython-applikationskoden. Eftersom Digi Zigbee Xbee3-moduler stödjer FOTA för firmware och applikationsfilsystem, kunde jag bekvämt från mitt skrivbord korrigera och uppdatera min applikationskod fjärrledes genom luften. Jag behövde inte pulsa genom snön för att hämta sensorplattformen och ta in den igen för omprogrammering. FOTA gör det möjligt för en användare att fjärruppdatera både radions firmware och Micropython-applikationen från en annan Zigbee-nod i samma nätverk. Information om att implementera Xbee3 FOTA och ett fungerande exempel hittas i eeWiki-projektet Xbee3 Firmware Over The Air (FOTA) update using XCTU.

Slutsatser

Digis trådlösa Xbee3 Zigbee-moduler klarar att leverera som intelligent styrenhet för sensorutvärderingsplattformen. Plattformen är flexibel och enkel att modifiera för olika sensorer och att uppdatera i fält. Zigbee erbjuder ett robust trådlöst nätverk för sensordata som är enkelt expanderbart.

Om skribenten

Image of Scott Raeker

Scott Raeker är ansvarig applikationsingenjör på Digi-Key Electronics och har varit på företaget sedan 2006. Hans främsta ansvarsområde är kunder som behöver hjälp med trådlösa lösningar. Han har över 35 års erfarenhet från elektronikbranschen och en examen i elteknik från University of Minnesota. På fritiden gillar Scott att renovera hemma på gården som har mer än 100 år på nacken.

More posts by Scott Raeker