開發簡單易用的遠端感測器評估平台

MEMS 技術的進步促成各式各樣新型感測器的誕生，可用於動作控制、生物辨識等包羅萬象的應用。要在專案中採用感測器，首要工作是進行多方研究以找出有潛力的產品。在此研究階段，DigiKey 的感測器產品選購工具是絕佳的資源，方便您尋找可能適用的感測器。找到適合的感測器後，下一步通常要進行測試和評估。但老實說，在工作台上測試感測器只是起點而已。雖然您可以藉此驗證通訊和功能，但最好還是在感測器要實際運作的環境中進行測試。

圖 1.DigiKey 部署的感測器評估平台。(圖片來源：DigiKey)

本專案涵蓋開發出靈活的評估平台，因此能輕鬆適應多種感測器，並以無線方式將測試數據傳回給使用者，而且要使用 DigiKey 可供貨的現成硬體。我們選擇 Zigbee 通訊協定進行無線數據通訊，原因在於 Zigbee 允許網路有多個獨立的無線電，而且網狀網路功能提供更大的範圍和網路彈性。因為我們的所在地 (明尼蘇達州西北部) 可提供多種天氣條件，因此在這個評估平台部署測試專案時，我決定使用戶外環境感測器。

感測器評估平台

Digi 的 Xbee3 Zigbee 模組是適合此平台的智慧控制器。選擇 Xbee3 的原因包括可以當作獨立的嵌入式控制器、整合 Zigbee 無線電無線通訊，並且支援 FOTA (韌體空中更新) 可進行遠端更新。為了達到設定簡便性，Xbee3 已插入 Xbee Grove 開發板，且開發板提供 Xbee3 I/O 對 Grove 的連接器，能輕鬆取用。

圖 2：感測器評估平台。(圖片來源：DigiKey)

Zigbee 無線電硬體安裝在 IP65 等級的 PN-1323-CMB Bud 外殼中，因此可以將平台放置在戶外環境。我們使用 TE Connectivity 的 M8 面板安裝連接器提供外部介面，以連接 I2C 匯流排和 5 V 電源。此外也使用 Amphenol 的 336320-12-0250 u.FL 對 RP-SMA 面板安裝配接器來連接外部天線。

部署平台及環境感測器

我們選來進行測試部署的環境感測器是 TE Connectivity 的 MS8607，這款感測器可以測量壓力、溫度和濕度。TE 的 Grove MS8607 評估板可以大幅簡化與感測器評估平台介接的工作。完整的專案詳情，包括應用程式的原始碼，皆收錄在 DigiKey eeWiki 網站上的 Xbee3 Zigbee 戶外型 MS8607 壓力溫度濕度 (PTH) 感測器專案頁面中。圖 3 顯示感測器和 Zigbee 無線電平台之間的電氣連接和接線圖介面。

圖 3：Xbee3 戶外型 Zigbee PHT 感測器專案 - 電氣連接和接線圖。(使用 DigiKey Scheme-it® 繪製)

完整的物料清單 (BOM) 和專案詳情已收錄在底下的 DigiKey Scheme-it® 專案中。

在此次測試專案中，感測器平台部署在 DigiKey 總部大樓的屋頂上。圖 4 顯示 PTH 感測器於 2020 年 2 月所收集到的壓力、溫度和濕度數據。

圖 4：壓力、溫度、濕度數據。(圖片來源：DigiKey)

FOTA 在實務上的優點

將感測器平台安裝在總部大樓的屋頂後，我注意到 MS8607 的溫度數據和在相同環境中運作的他牌感測器相去甚遠。我先前在自己的桌上測試時，在室溫下這兩個感測器的讀數相近；但安裝在戶外的低溫環境中，卻有明顯差異。查閱規格書後，我發現我沒在 MicroPython 應用程式碼中加入後續的低溫校正公式。由於 Digi Zigbee Xbee3 模組支援韌體和應用程式檔案系統 FOTA，因此我可以留在座位上，舒適地以空中更新方式，遠端修正並更新應用程式碼。因此不用在雪中跋涉取回感測器平台，再帶到室內重新編程。FOTA 能讓使用者用同一個網路中的另一個 Zigbee 節點，遠端更新無線電韌體和 MicroPython 應用程式。如需取得實作 Xbee3 FOTA 的資訊和可用的範例，請參閱 eeWiki 中的 使用 XCTU 對 Xbee3 進行韌體空中更新 (FOTA) 專案。

結論

作為感測器評估平台的智慧型控制器，Digi 的 Xbee3 無線 Zigbee 模組表現十分出色。這個平台非常靈活、容易修改，適用於不同的感測器，更可在現場進行更新。Zigbee 針對感測器數據提供強大的無線網路，而且這個網路可以輕鬆延伸。