物联网温湿度和开关采集节点 IOT-THS010

超低功耗传感器采集星型网络系统主要应用于物联网的传感器数据采集和控制。整个网络系统由网关IOT-G010和节点IOT-N010/ IOT-THS010组成,采用的是无线星型网络的组网方式。节点和网关之间内部采用了良好的协调机制和精准的调度算法,避免了数据包在空中相互冲撞。节点和网关之间的通信协议已经由系统实现好,客户只要按照简单的配置就可以建成一个可靠的传感器采集控制网络。节点模块IOT-THS010作为网络的节点端,采用了高性能低功耗MCU和无线通信模块,集成了温度传感器DS18B20或温湿度传感器SHT20以及霍尔器件。设置合适的采集间隔可以实现长达数年的使用寿命。特别适用于电池供电的温湿度采集和开关状态检测系统。

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特点&应用

产品特点:

 节点低功耗

 星型网络

 多点数据采集(单个网关最多255个)

 多点开关采集(单个网关最多255个)

 数据防冲撞机制

 串口固件升级 

 动态修改上传间隔

 OTA参数修改

应用领域:

 温湿度采集                             

 开关状态检测

参数性能

性能参数:

功能说明

功能说明:

1 节点的工作模式

节点有两种工作状态,分别为:设置模式和工作模式。

1.1 设置模式

设置模式用于修改节点各项参数。进入设置模式有两种方法,分别为本地进入和远程进入。

a) 本地进入设置:

本地进入设置方式是为了在产品安装前便于设置各项参数。长按 SET_MODE 引脚3s进入设置模式。此时收发指示灯均输出低电平(两个LED保持长亮)指示当前处于设置模式。如果保持长按SET_MODE引脚,15s后模块将恢复出厂设置。

b) 本地退出设置:

在设置模式下,长按SET_MODE引脚 3s退出设置模式,收发指示灯均恢复高电平(两个LED保持熄灭)。

c) 远程进入设置:

当节点安装完成后可使用远程进入设置来更改参数。在系统运行中,服务器通过网关给节点下发特定的设置命令修改节点各项参数。使用远程进入有一个前提,就是节点和网关当前已经可以进行通信。使节点远程进入设置模块的方法如下:

在网关处通过串口发送 OTA_SET 命令给网关,网关将缓存该设置命令,当节点的下一个唤醒时间到达时,网关将把设置命令发送给节点,节点收到后进入设置模式。进入设置模式后,节点的所有设置操作和本地进入设置一样。

进入设置发送命令:

send (HEX): 24 8B 02 01 01 B3

reply(HEX): 24 8B 02 4F 4B 4B 

节点远程进入设置模式后,30s内没有收到任何操作指令将自动退出设置模式。当收到任意一条设置指令时,计时重新开始。因此,如果要一直保持在设置模式,应当在30s超时前发送任意指令,如查询版本号等。如果要立即退出设置模式也可下发以下退出命令。

退出设置发送命令:

send (HEX): 24 8B 02 01 00 B2

reply(HEX): 24 8B 02 4F 4B 4B 

说明:通过本地进入设置模式时,不会自动退出,需要再次长按3s设置引脚退出。

节点进入设置模式后,就可以通过给网关发送相应的设置命令给节点修改它的相关参数。具体的设置命令参考《采集网络节点参数设置协议》。

1.2 工作模式

工作模式下,节点大部分时间处于休眠状态以节省功耗。当定时唤醒时间到达时,节点自动唤醒,自动采集温度或温湿度数据以及霍尔开关状态并将采集的结果发送给网关,然后再次进入将再次进入休眠,以此往复。

1.3 设置传感器类型

节点可通过以下命令选择温度传感器的类型。

设置命令:

send :0x23 + 0x8D + length(1byte) + sensor_type(1byte) + checksum(1byte)

reply:0x23 + 0x8D + 0x02 + 'O' + 'K' + checksum(1byte)

说明:

sensor_type:传感器类型;默认:0(DS18B20)

0:当前传感器类型为 温度传感器 DS18B20;

1:当前传感器类型为 温湿度传感器 SHT20;

示例:(选择SHT20)

send (HEX): 23 8D 01 01 B2

reply(HEX): 23 8D 02 4F 4B 4C

读取当前设置

send :0x23 + 0x0D + length(1byte) + checksum(1byte)

reply:0x23 + 0x0D + length(1byte) + sensor_type(1byte) + checksum(1byte)

示例:

send (HEX): 23 0D 00 30

reply(HEX): 23 0D 01 01 32

2 节点的参数说明及修改

网关ID(GW_ID): 用于网络识别,相同网关ID的节点属于同一个网络。

节点ID(Node_ID):用于区分节点。

无线通道(rf_channel):用于设置无线频率,多网络时可减小同频干扰。

无线速率(data_rate) :用于设置无线的传输速率。

发射功率(tx_power):用于修改模块的发射功率。

串口波特率(baud_rate):用于修改节点和外部MCU串口通信的波特率。

有效数据包长度(payload_len):用于计算数据的空中发射时间,重发时作发为射超时的判断依据。

重发次数(repeater_num):用于设置重发次数。

传感器类型(sensor_type):用于选择温度传感器DS18B20或温湿度传感器SHT20

注:节点参数的范围和命令参考文件《采集网络节点参数设置协议》。

3 运行时修改节点的上传间隔

同一个网络中的所有节点的上传间隔必须相同。因此,当修改了网关参数“轮询间隔(poll_interval)”也就相当于改了所有节点的上传间隔。网关会在所有节点的下一个上传时间到达时自动去修改该参数。

轮询间隔(poll_interval)以秒为单位,范围最大为65535。最小轮询间隔和网络中的节点数量有关。为了防止节点间的数据冲撞,两个节点之前的发射间隔最小应该为1s。因此,同一个节点的轮询间隔应为节点数N乘以1s。比如,网络中的节点数为5个,那么最小轮询间隔为5秒,节点数为64时,最小轮询间隔为64秒。

4 节点重发

节点允许使能或关闭重发机制。当发射数据包后收不到来自网关的应答,节点将进行重发,重发次数可设置为0~3次。重发次数为0表示关闭重发。重发次数的设置通过“re_tx_num”命令进行,具体参考《采集网络节点参数设置协议》中的“ 11. re_tx_num”。

5 关于速率的选择

系统无线速率支持1200bps~1Mbps。速率的选择需要根据实际应用在功耗和距离中进行权衡,选择低速率可以获得较远的距离,但是会增加发射时间也就是相当于增加了功耗。

6 正常工作模式下的数据解析

节点将采集数据发送给网关,网关收到后按以下格式输出:

数据格式: 0x5A + length(1byte) + gw_id(1byte) + node_id(1byte) + 0xFF + latch_rssi(1byte) + payload(6bytes) + checksum(1byte)

0x5A:帧头,固定为5A;

length(1byte): 数据长度,表示的长度为长度字节之后,校验和之前的数据字节数(不包含长度本身和校验和)。

gw_id(1byte):该帧数据所属节点的网关ID

node_id(1byte):该帧数据所属节点的节点ID

latch_rssi:对应节点上一次接收的接收信号强度指示;

将信号强度值转换成 dBm 的公式为: RF_Input_dBm = (latch_rssi / 2)–64–70

payload(6bytes)的格式: 霍尔开关状态(1byte) + 传感器类型(1byte) + 温度值(2bytes) + 湿度值(2bytes)

霍尔开关状态(1byte):    0:磁吸       1:没有磁吸

传感器类型(1byte):

0x00:当前传感器类型为 温度传感器DS18B20;

0x01:当前传感器类型为 温湿度传感器SHT20;

温度值(2bytes):

高字节在前,低字节在后。

最高位表示符号,0表示正值,1表示负值。

除符号位以外的数值为实际温度值的10倍值。

例如,0x010B = 267, 表示的是26.7℃;

0x800A 的最高位为1表示负值,除了符号位的值为10, 表示的是-1.0℃;

湿度值(2bytes):

只有当传感器类型 = SHT20时有效,否则固定为0xFFFF;

高字节在前,低字节在后。

数值为实际湿度值的10倍值。

例如:0x02D5 = 725, 表示 RH = 72.5%。

checksum(1byte):校验和,计算方式为该字节之前的所有字节的和。

示例1:网关输出的数据为(HEX):5A 0A 01 01 FF 78 01 01 01 11 02 D5 C8

    5A      ----    帧头;

    0A      ----    数据长度;

    01      ----    网关ID;

    01      ----    节点ID;

    FF      ----    固定为0xFF;

    78      ----    无线信号强度指示,换算后对应 -74dbm;

    01      ----    霍尔开关状态 = 没有磁吸;

    01      ----    传感器类型 = 温湿度传感器SHT20;

    01 11   ----    温度值 = 0x0111 -> 27.3℃;

    02 D5   ----    温度值 = 0x02D5 -> 72.5%RH;

    C8      ----    校验和;

示例2:网关输出的数据为(HEX):5A 0A 01 02 FF 65 01 00 01 0B FF FF D6

    5A      ----    帧头;

    0A      ----    数据长度;

    01      ----    网关ID;

    02      ----    节点ID;

    FF      ----    固定为0xFF;

    65      ----    无线信号强度指示,换算后对应 -83.5dbm;

    01      ----    霍尔开关状态 = 没有磁吸;

    00      ----    传感器类型 = 温度传感器DS18B20;

    01 0B   ----    温度值 = 0x010B -> 26.7℃;

    FF FF   ----    传感器类型 = 温度传感器DS18B20时固定为0xFFFF;

    D6      ----    校验和;

7 节点掉线指示

网关可以实时监控节点的工作状态。当网关连续3个发射周期都收不到节点的信息时会给服务器发出相应的报警信息。

报警消息解析如下:

报警消息格式 : 0x6A + length(1byte) + 0x02 + gw_id(1byte) + node_id(1byte) + alarm_type(1byte) + checksum(1byte)

报警消息各字段说明:

0x6A:帧头,表示通知;

length:长度字节之后,校验和之前的所有字节的个数。

0x02:表示节点通信报警;

gw_id:当前网关ID;

node_id:通信报警的节点ID;

alarm_type:报警类型,目前只有0x01;

checksum:校验和,计算范围为该字节前的所有字节的和;

示例:

send(HEX): 6A 04 02 01 05 01 77

6A -- 数据类型为通知;

04 – 有效长度;

02 -- 节点通信报警;

01 -- 网关ID;

05 -- 报警的节点ID;

01 -- 报警类型0x01;

77 -- 校验和;

8 OTA固件升级

节点可以通过无线传输的方式进行固件升级(OTA)。具体的升级方法参考文件《OTA固件升级教程》。

9 节点电池寿命

节点采用低功耗的工作模式,最大限度的延长电池寿命。在合适的场景下,使用1000mAh的锂电池可以轻松实现5年以上的使用寿命。


引脚定义&机械尺寸

引脚定义

机械尺寸

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