基于Atmega328 MCU 与 Semtech SX1276 之环天LM230模组架构下的入侵警告方案

此方案的是使用台湾GPS大厂环天世通科技利用诠鼎所代理之SX1276 LoRa IC 所开发的UART模组,其市场优势是把SX1276 SPI界面之复杂控制流程简化成可以让微处理器以AT-Command模式来设定参数及收发资料。此优势可以协助工程师减少在SX1276底层上的学习摸索,进而可以加快设计的时间。在则使工程师可以将SX1276当作一个MODEM来使用,此点也可以让工程师简化程式上的复杂度。

 

本方案所要解决之传输技术问题

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

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1uA之耗电可提供长时间不需更换电池使用。

 

   延伸阅读    基于Microchip Atmega328 MCU与Semtech SX1276之环天LM130模块架构下的 LoRaWAN土壤监测方案

   延伸阅读    基于使用环天LoRa专属通讯协议与使用Semtech SX1276之 LM130模块架构下之火焰警告方案

 

本方案所要解决之MCU控制技术问题

一般来说软体开发对不是专业的软体工程师会是一个门槛,特别是对开发环境的设定和操作上的不熟悉需要花上许久的时间。再者就算是相同厂牌之MCU也需有不同的初始和控制需要时间学习,这都大大提高难度。所以本方案就把重心放在控制上所以使用越来越广泛使用的Arduino系统及Atmega328来做示范。Arduino 近年来已经由当初的教学用到现在各大厂如Intel, ST, Ti (Energia).. 等等公司的支援,所以对物联网之多样应用需求来说是一个快速开发及修改的工具。

 

使用场景及工作描述用说明

本警告系统是为了可以解决在一个广大环境下之外部人员入侵。其工作方式为以一焦电式红外线感测器为侦测基础之

警报器,将侦测到的事件以地点编号及触发时间之信号以LoRa来传递至另一端之具有与蓝牙对接之接收器。再让使用者可以使用可连接蓝牙之设备如手机、平板及笔记型电脑等等设备接收资料。大约应用场景如下:

  1. 大楼建筑之高层建筑、地下室及周边附属设备。
  2. 工厂设施之门禁管制、危险区域或重要设备之监控。
  3. 农场养殖等等入侵警告、危险区域或重要设备之监控。
  4. 欧美型家庭之庭院之外人入侵警告。

 

如何使用ArduinoAtmega328开发说明

步骤一 (环境安装):

1. 至官网下载档案后安装

2. 选择要下载之档案


3.  程式安装

步骤二 (软体开发及上传至MCU):

1. 按下面连接开启程式、组译及烧录 (https://youtu.be/IY7y2yKQgn8,影片演示来自youtube, 部分user可能无法正常观赏)



 2. 按下面连接开启范例程式档案内容

           atmega328_lm230_code.zip


环天LM230环境设定及操作使用说明

本方案所使用的环天LM230模组依频段不同有410-525MHz (Model: LM-210L)及

862-1020MHz (Model: LM-230H)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LM230H。下图为实体相片及接脚尺寸图。

 

 

该模组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,另外提供P1 及P2供使用者选择是使用在下面四种模式之一

  1. Normal mode ~ UART、无线处于正常模式。
  2. Wake-up mode ~ 在正常工作模式下增加Preamble 长度提供唤醒用。
  3. Power-saving mode ~ UART已关闭、无线处于省电模式。可设定在省电模式下0.5到5秒唤醒时间检查是否收到Preambl,然后打开UART和唤醒MCU接收数据恢复成Power-saving mode。
  4. Setup mode ~ UART 进入设定模式供设定模组参数。

 

如何使用环天LM230模组来开发产品

步骤一: 先按下图连结进入设定模式。



步骤二: 开启环天设定程式

步骤三: 开启通讯埠并读取设定后设定参数如下

  1. LoRa传输频率,此处我们设定922MHz。
  2. LoRa 传输速度,此处我们设为81K (其与感度有对比关系)。
  3. UART传输速度,其必须与蓝牙速率一致。


步骤四:  写入设定参数后既可断电后恢复正常工作模式。

 

将环天LM230模组连接HC-06蓝牙模组

步骤一: 按下图连线电源,UART TX/RX及 LED 脚位

 

步骤二: 将Key 脚位于开机时连结至Vcc 后进入设定模式

步骤三: 进入命令模式后设定下面参数

  1. AT+BAUD2 ~ 设定UART速率为9600 (相同于LoRa 模组)
  2. AT+NAMENick_TX ~ 命名蓝牙设备为Nick_TX及Nick_RX

步骤四: 断开Key与Vcc后从新启动后进入正常模式

 

使用行动电话配对蓝芽界面

步骤一: 至”Google Play 应用程式” 下载下面 App

步骤二: 开启手机或平板之蓝牙,并配对 (https://www.youtube.com/watch?v=NcD5imybPGc影片演示来自youtube, 部分user可能无法正常观赏)

 

步骤三: 开启应用程式App,并选择蓝牙设备 (https://www.youtube.com/watch?v=XXnMXF1lp54影片演示来自youtube, 部分user可能无法正常观赏)

 

使用警报器发射入侵信号至接收器

图片一: 当红外线感测器感应到有人入侵之后,驱动指示LED及发射触发及ID信号至接收端。

 

图片二: 当接收器收到警报讯号后经蓝牙转换后提供手机,平板等设备接收。


影片一: 动态演示 (https://www.youtube.com/watch?v=Esgzma9sflM影片演示来自youtube, 部分user可能无法正常观赏)

 

 

►场景应用图

►产品实体图

►展示板照片

►方案方块图

►核心技术优势

① 感测器端 : 此处我们是使用 PIR (被动式红外线感测器)模组,当其侦测到人员入侵时产生一TTL触发信号供微处理器进行处理。 ② 微处理器端 : 利用 ATMEGA328 微处理器之I/O 埠在接收到侦测到人体的信号后再经处理整形后以UART发出装置之 ID及ASCII 字符至LoRa模组。 ③ LoRa无线传输端 : 使用协力厂商所制造之 LM230 模组,使用其高抗杂讯及高灵敏度特性来连接两通讯端。其通讯方式为使用UART的界面来达成透传目的。 ④ 接收及用户界面端 : 使用者藉LoRa/BLE桥接器接收到可以使用任一可在行动装置上运行之终端软体接收或传输讯息,。

►方案规格

~~~ LoRa ~~~ 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 工作电压 ~ 3.0V〜6.0V 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 ~~~ 蓝芽 ~~~ 基于CSR BC417143 芯片组 蓝牙 Class 2 电路板天线 尺寸:26.7 x 13 x 2毫米 工业温度范围为-40℃至+ 85℃ 工作频率:2.4 GHz ISM频段 调制方式:GFSK(高斯频移键控) Acuity: - 0.1 DBM或更低BER,0.1% 传输速率:异步:6 KBPS 安全功能:身份验证和加密

技术文档

类型标题档案
硬件Schematics
硬件Specification
硬件Layout
软件Source Code