基于环天LM553 LoRa模组与Arduino Pro Micro开发之紫外线杀菌灯监测方案

方案应用场景描述

本方案为介绍如何使用紫外线感应器来监控消毒中的紫外线灯，并将其资料送LoRaWAN网路。这种方案用在操作人员不可进入的利用紫外线灯杀菌的空间，或用来记录紫外线灯消毒的周期与消毒时间。另外这种方案也可以监测使用高压水银灯一类的室内空间，和太阳光的有害紫外线。

方案优势

1. 小型化模块改善整体电路及产品大小

本方案主要使用Globalsat环天世通科技使用Semtech SX1276 LoRa芯片技术开发的LM533模组，该模组结合了Semtech SX1276 LoRa 芯片、ST Microelectronics 的STM32 MCU，并整合了精心设计的高频阻抗匹配回路。

2. 简化软件开发人力需求

环天LM533 LoRa模组为使用者提供快速开发，所以在固件上把LoRa的硬件底层控制转化成为使用AT Command来让开发者可以直读式的方式来呼叫。此举可以省去学习及设定SX1276寄存器设置，因此大幅的减少开发时间。

3. 多种LoRa模式提供弹性需求

在LM533 LoRa模组的固件上提供标准LoRaWAN及环天专有的MOST-Link 两种通讯协议供使用者使用，所以使用者可以在相同的模块有着弹性的采购及应用选择。

4. LoRa传输技术改善通讯能力

由于紫外线对人体有着一定的伤害，所以大部分要监控的地方大多为密闭空间。而密闭空间对于无线讯号来说是有可能造成通讯的阻碍，以现在的有线技术如FSK、Zigbee、Bluetooth或是Wifi等传输技术的接收灵敏度都比较低，所以大都使用在近距离或是通讯环境好的地方。那对于空间及干扰严重的地方来说，如果使用LoRa技术的话是可以为我们的应用留出更大的余量。下面为我对现有技术做的整理比较表，在此表中我们可以看到其适用的领域。

方案特色说明

本方案的特色是向有需要将产品小型化，或是在需要在通讯困难如医院众多的病房、中央厨房等需要使用紫外线灯消毒的地方的开发人员和使用者介绍及展示如何使用Globalsat LM533模组来解决这些问题。并如何将此演示方案连上LoRaWAN网关后送到云端提供后续的UI应用界面开发。

工作原理描述说明

本方案是利用在对紫外线光谱敏感的光电二极体来感应紫外光，并以使用ATMAL328处理器的Arduino Pro Micro来做数据处理并将其数据以AT-Command格式经环天的LoRa模块送到LoRaWAN网关及云端的LoRaWAN Network Server.

方案设计及结构解说

LM533模块硬件介绍及脚位接法

本方案中使用的环天模块共有36只脚，我们所使用的只有其中电源和UART共四只脚如下图

微处理器选用及脚位接法

此处我们选用Arduino Pro Micro 版本开发，原因是该板子内建了USB介面可以直接连至PC来进行开发。另外该板子尺寸小、价格便宜、容易购买、且Arduino开发环境简单。在连线部分我们使用到电源、UART与LM533模组沟通以及一个Analog IO来读取紫外线输出的电位。

感测器选用及运算取样

本感测器是使用紫外线光二极体来检测 240-370nm 光谱（包涵UVB 与大部分UVA）。由于光电二极体的电气信号只有nA，所以需要使用到运算放大器来把信号放大并转成可以微处理器可以处理的电压。此感测器使用非常简单，我们只要提供此感测器2.7-5.5V的电压，然后从SIG 引脚读取模拟信号。

程序结构说明

本方案所使用的程式架构有两部份，第一部份作为检测紫外线模拟输出的电压，然后计算出与电压相对应的光线强度。第二部份就只是将该数据使用UART 接口将处理后的数据用AT-Command经LM533模块送出至网关。

在LoRaWAN网络服务器上登录网关

一. 申请账号 ~ 至h ttps://account.thethingsnetwork.org/register 注册账号

二. 注册网关 ~ 到 https://nam1.cloud.thethings.network/console/gateways/add按下图所示注册网关

三. 确认网关有数据传到服务器 ~ 如果确实有启动网关就可以在Dash Board上看到已经连线上并显示相关信息

功能测试及成果展示

测试架构 ~ 此处我们使用的是Semtech SX1302 V3版本的网关参考设计来作为与节点间的数据收集，另外使用The Things Stack 网络服务器来验证节点的数据是否正确无误经LoRaWAN 网关转到至The Things Stack 网络服务器上。
成果展示 ~ 由下图可以看到启动电路后紫外线感测器开始工作并将资料送至网关，然后转传到Semtech的网络服务器并显示所感应到的测距数据。故可看见整个系统工作正常并按照设定的时间回传数据。
后续应用 ~ 使用者在确定收到数据后，可以在The Things Stack 的网络服务器内置的应用或API获得的座标数据另行开发应用。