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开发简单易用的远程传感器评估平台

作者： Scott Raeker 2020-03-10

标签

工程

嵌入式处理

无线通信

MEMS 技术的进步促使许多新传感器的出现，它们可用于从运动控制到生物识别以及介于两者之间的各种应用。对于包含传感器的项目，首先要进行研究以找出潜在零件。在该研究阶段，DigiKey 的传感器产品选型表是找出潜在传感器的绝佳资源。确定传感器后，下一步通常是进行测试和评估。实际上，在您的工作台上测试传感器只是起点。虽然您可以验证通讯和功能，但最好在传感器的实际工作环境中进行测试。

图 1：在 DigiKey 部署的传感器评估平台。（图片来源：DigiKey）

该项目的范围是开发一个灵活的评估平台，它可以轻松适应多个传感器，通过无线方式将测试数据发回给用户，并使用来自 DigiKey 的现成硬件。Zigbee 协议经选择用于无线数据通信，这是因为该协议允许网络上有多个独立的无线电，并且网状网络功能提供更大的覆盖范围和网络弹性。由于我们的位置（明尼苏达州西北部）提供各种气候条件，因此在该评估平台的测试项目部署中，我决定使用室外环境传感器。

传感器评估平台

Digi 的 Xbee3 Zigbee 模块是适合该平台的智能控制器。选择 Xbee3 的原因包括能够充当独立的嵌入式控制器，它还集成 Zigbee 无线电无线通信，并支持 FOTA（空中固件）远程更新。为了简化安装，Xbee3 已插入 Xbee Grove 开发板中，该开发板提供了 Xbee3 I/O 到 Grove 连接器，以便于进行操作。

图 2：传感器评估平台。（图片来源：DigiKey）

Zigbee 无线电硬件安装在 IP65 防护等级的 PN-1323-CMB Bud 外壳内，因此该平台可以放置在室外环境中。TE Connectivity 的 M8 面板安装连接器用于提供 I2C 总线和 5 V 电源的外部接口。Amphenol 的 336320-12-0250 u.FL 到 RP-SMA 面板安装适配器则用于连接外部天线。

使用环境传感器部署平台

测试部署所选用的环境传感器是 TE Connectivity 的 MS8607，它可以测量压力、温度和湿度。TE 有一个 Grove MS8607 评估板，很容易就能连接至传感器评估平台。完整的项目详细信息（包括应用程序源代码）记录在 Xbee3 Zigbee 室外 MS8607 压力温度湿度 (PTH) 传感器项目页面中，该页面位于 DigiKey 的 eeWiki 网站。图 3 显示了传感器和 Zigbee 无线电平台之间的电气连接和接线接口。

图 3：Xbee3 户外 Zigbee PHT 传感器项目 - 电气连接和接线图。（使用 DigiKey Scheme-it® 绘制）

完整的 BOM（物料清单）和项目详细信息包含在下面的 DigiKey Scheme-it® 项目中。

在该测试项目中，传感器平台部署在 DigiKey 总部大楼的楼顶上。图 4 显示了 2020 年 2 月 PTH 传感器收集的压力、温度和湿度数据。

图 4：压力、温度、湿度数据。（图片来源：DigiKey）

FOTA 的现实益处

在将传感器平台安装在总部大楼的楼顶上后，我注意到 MS8607 的温度数据与相同环境中运行的其他制造商的传感器没有相关性。我先前在办公桌上于室温下测试时，两个传感器的读数相似，但是安装在室外时，低温下的读数会有明显差异。查阅规格书后，我意识到我尚未在 MicroPython 应用程序代码中实现二次低温校正公式。由于 Digi 的 Zigbee Xbee3 模块支持固件和应用程序文件系统 FOTA，因此我能够在办公桌上舒适地通过无线方式远程校正和更新应用程序代码。我不必冒着大雪来取回传感器平台，再带回室内进行重新编程。FOTA 允许用户从同一网络中的另一个 Zigbee 节点，来远程更新无线电固件和 Micropython 应用程序。有关实施 Xbee3 FOTA 的信息和工作示例，请参见 eeWiki 项目使用 XCTU 的 Xbee3 空中固件 (FOTA) 更新。