Udvikling af en enkel, brugervenlig fjernstyret sensorevalueringsplatform

Fremskridt inden for MEMS-teknologi har resulteret i, at dusinvis af nye sensorer bliver tilgængelige til applikationer, der spænder fra bevægelseskontrol til biometri og alt derimellem. Projekter, der inkorporerer sensorer, involverer først forskning for at identificere potentielle dele. I forskningsfasen er DigiKey’s sensor produktvælger en fremragende ressource til at identificere potentielle sensorer. Når en sensor er blevet identificeret, er et typisk næste trin test og evaluering. Lad os se det i øjnene, at teste en sensor på din arbejdsbænk er blot udgangspunktet. Man kan verificere kommunikation og funktionalitet, men det er bedst at teste i det faktiske miljø, som sensoren vil befinde sig i.

Figur 1. Sensorevalueringsplatform implementeret hos DigiKey. (Billedkilde: DigiKey)

Omfanget af dette projekt var at udvikle en fleksibel evalueringsplatform, der let kunne tilpasses flere sensorer, trådløst sende testdata tilbage til brugeren og bruge let tilgængelig off-the-shelf hardware fra DigiKey. Zigbee-protokollen blev valgt til trådløs datakommunikation, da den tillader flere uafhængige radioer på netværket, og mesh-kapaciteten giver øget rækkevidde og netværkstabilitet. Jeg besluttede at bruge en udendørs miljøsensor som et testprojekt for implementering af evalueringsplatformen, da vores lokation (nordvestlige del af Minnesota) har en lang række forskellige vejrforhold.

Sensorevalueringsplatform

Digi’s Xbee3 Zigbee-modul er den intelligente kontroller til platformen. Årsagerne til at vælge Xbee3 inkluderer muligheden for at fungere som en enkeltstående integreret kontroller, den indeholder trådløs Zigbee-radiokommunikation, og den understøtter FOTA (firmware over the air) for fjernopdateringer. For at lette opsætningen er Xbee3 tilsluttet et Xbee Grove udviklingskort der bringer Xbee3 I/O ud til Grove-konnektorer for nem adgang.

Figur 2: Sensorevalueringsplatform. (Billedkilde: DigiKey)

Zigbee-radiohardware blev monteret i et IP65-klassificeret PN-1323-CMB Bud-kabinet, så platformen kunne placeres i et udendørs miljø. TE Connectivity M8-panelmonteringsstik blev brugt til at give ekstern interface til en I2C-bus og 5 V strøm. En Amphenol 336320-12-0250 u.FL til RP-SMA panelmonteringsadapter blev brugt til at tilslutte den eksterne antenne.

Implementering af platformen med en miljøsensor

Den miljøsensor, der blev valgt til testinstallation, var TE Connectivity's MS8607 som måler tryk, temperatur og fugtighed. TE har et Grove MS8607 evalueringskort, hvilket gjorde det meget let at oprette interface til sensorevalueringsplatformen. Komplette projektoplysninger, herunder applikationskildekode, er dokumenteret på Xbee3 Zigbee udendørs MS8607 tryk-, temperatur-, luftfugtigheds- (PTH) sensor projektside placeret på DigiKey’s eeWiki websted. Figur 3 viser de elektriske forbindelser og ledningsdiagram interface mellem sensoren og Zigbee radioplatformen.

Figur 3: Xbee3 udendørs Zigbee PHT-sensorprojekt – Elektriske forbindelser og ledningsdiagram. (tegnet med DigiKey Scheme-it®)

Den fulde BOM (stykliste) og projektoplysninger findes i det følgende DigiKey Scheme-it®-projekt.

I dette testprojekt blev sensorplatformen indsat på taget af DigiKey hovedkontorbygning. Figur 4 viser data om tryk, temperatur og luftfugtighed indsamlet af PTH-sensoren i februar 2020.

Figur 4: tryk, temperature, luftfugtighedsdata. (Billedkilde: DigiKey)

Virkelige fordele ved FOTA

Efter installation af sensorplatformen på taget af vores hovedkvarterbygning bemærkede jeg, at temperaturdataene fra MS8607 ikke korrelerede med en anden producents sensor, der fungerer i det samme miljø. Da jeg tidligere testede dem på mit skrivebord ved stuetemperatur, havde begge sensorer lignende aflæsninger, men efter at de blev installeret udendørs var der en betydelig forskel ved kold temperatur. Efter at have gennemgået databladet, indså jeg, at jeg ikke havde implementeret den sekundære formel for korrektion af lav temp i MicroPython-applikationskoden. Da Digi Zigbee Xbee3-moduler understøtter firmware og applikationsfilsystemet FOTA, var jeg i stand til at korrigere og opdatere min applikationskode eksternt fra mit skrivebord. Jeg var ikke nødt til at trampe gennem sneen for at hente sensorplatformen og bringe den indendørs for omprogrammering. FOTA giver en bruger mulighed for ekstern opdatering af radiofirmware og Micropython applikation fra en anden Zigbee-knude i det samme netværk. Oplysninger om implementering af Xbee3 FOTA og et fungerende eksempel findes i eeWiki-projektet Xbee3 Firmware Over The Air (FOTA) opdatering ved hjælp af XCTU.

Konklusion

Digis trådløse Zigbee-moduler fra Xbee3 fungerede godt som den intelligente kontroller til sensorevalueringsplatformen. Platformen er fleksibel og let at ændre til forskellige sensorer og opdatering i marken. Zigbee leverer et robust trådløst netværk til sensordata, der let kan udvides.