运动角度(姿态)类传感器

资料简介

SL510倾角传感器(LoRa)-使用手册
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1. 产品概述

SL510(LoRa版)一款低功耗高精度倾角传感器,使用LoRa扩频无线通信,支持标准LoRaWAN无线协议,内置全球地区规范(如CN470、CN779、EU433、 EU868、US915、AU915、AS923、IN865等)。用户使用LoRaWAN模式只需简单配置选择不同地区规范,即可适配各种地区的LoRaWAN标准。

1.1.产品特性

SL510同时支持非LoRaWAN模式通信,支持LoRa全参数开放配置,可灵活应用于各种LoRa通信应用场景。内置高容量锂亚电池,安装部署方便,可用于桥梁、建筑、高塔、仪器、设备检测等低功耗广域物联网场景。

设备可以使用芮捷统一的AT指令 或 桌面配置工具SensorTool进行参数修改。另外产品支持串口方式进行固件升级,方便维护和功能扩展。

1.2.功能特点

  • 最大发射功率 22dBm,传输距离远,空旷可达 3~5 KM
  • 内置大容量锂亚电池,续航久
  • 采用进口 高精度倾角传感器
  • 外壳带有USB-C串口,用于配置参数或更新固件
  • 无线LoRa参数支持查询和修改,可根据使用灵活配置
  • 参数全开放,简单配置即可接入第三方 LoRa 网关
  • 全工业级芯片设计,工作温度可达-40℃~+85℃

2.产品规格

产品型号
DT400-SL510-LF-A1
DT400-SL510-LF-A3(可充电款)
产品图片
CPUCortex-M 低功耗处理器同左←
通信方式LoRa 扩频同左←
加密AES128同左←
测量轴X轴、Y轴同左←
测量角度±90°同左←
测量精度0.05°同左←
感应灵敏度0.005°同左←
数据分辨率0.001°同左←
响应时间10秒(即检测周期,可配置)同左←
供电方式19Ah 锂亚电池 ER346151节聚合物锂电池5000mAh
电池寿命3年 (10分钟上报 @SF9,@25℃)可充电
产品尺寸129mm*91mm*62mm同左←
通讯协议芮捷协议或标准LoRaWAN协议同左←
待机电流10uA同左←
数据速率300bps ~ 62.5 kbps同左←
发射功率22dBm同左←
接收灵敏度-137 dBm(BW=125kHz,SF=12)同左←
工作环境温度:-40℃~+85℃
相对湿度:≤95%RH(无凝结)
温度:-20℃~+60℃
相对湿度:≤95%RH(无凝结)
工作频率国内:470-510 MHz
(多频段可选:IN865/RU864/EU868
US915/AU915/KR920/A5923)
同左←
防护等级IP64同左←
安装方式壁挂安装同左←

3.外形尺寸


产品图


产品介绍


尺寸图

注意:
设备作为测量倾斜度的传感器,本质需要测量的是当前位置与安装初始位置的倾斜角度。
因此需要在安装的时候初始化校准,以便设定安装的位置为相对0°

初始化校准: 安装完设备后,重新开机。 设备将自动将此位置的角度作为相对0°。


安装示意图

4. 使用说明

4.1.使用场景

设备结合LoRa低功耗远距离通信的特点,针对一些现有无线传输困难的场景,改造方便,部署简单。系统整体架构示意如下所示。

4.2.设备介绍

4.2.1.外观介绍

1.SMA天线接口
天线接口采用外螺内孔形式

2.按键
按键可以对设备进行软关机和触发上报数据。长按3s,设备开机、关机操作。短按(0.1~3秒之间),设备立即采集数据并上报。
如果通过按键重新开机,设备自动进入无线配置或升级模式,此时可通过WL126进行无线配置或固件更新,详细参考WL126设备说明书。

3.内置USB接口
同时设备内置有USB-C接口,也可以用于修改配置参数和系统更新。

5.信号指示灯
POWER:支持红绿双色,用于设备电压等级指示。
TX:设备进行发送时,显示绿色,也是设备电压等级指示的一部分。
RX:设备进行接收时,显示绿色,也是设备电压等级指示的一部分。
SENSOR:当设备采集传感器数据时绿色灯亮,如果读取失败,则显示红色,读取完成关闭。该指示灯也是设备电压等级指示的一部分。

4.3 操作说明

  1. 插入USB-C线缆,连接电脑,注意:需提前安装好串口驱动,串口转USB芯片为CH340。

  2. 打开SensorTool上位机软件,使用默认波特率115200,“串口选择”设备对应的COM端口,点击“打开串口”将自动读取设备参数。等待读取完成即可查阅或修改参数。

  3. 用户可使用SensorTool通过图形界面化方式填写配置即可。

4.4 配置项说明

4.4.1.上报周期

该参数单位为秒,当设定时间到时采集并上报传感器数据。
系统默认数据上报周期为600秒(即10分钟,相当于心跳传输)。如恒定环境中,即10分钟上报一次数据。该参数可根据实际情况进行调整。

4.4.2.检测周期

该参数单位为秒,当设定时间到时,设备主动唤醒并读取传感器。读取完成后判断当前值与上次上报值差值是否超过变化量,超过则发送,不超过则不发送。
系统默认检测周期为 60 秒,最小可配置为 1 秒,最大可配置 65553 秒。该周期越小,响应越灵敏,但是功耗更高。该参数可根据实际情况进行调整。

4.4.3.变化量

设计变化量的目的是为了 支持设备按周期上报的同时,可以根据 检测周期 进行变化量判断。当检测数据与上次发送的数据超过变化量时立即上报,而不用等待上报周期时间。以便支持对被测量的对象的快速响应,同时兼顾在不怎么变化的时段减少发送次数,以平衡功耗和响应速度。

4.4.4.校准值

校准值设置为0,则为绝对角度,设置为1则为相对角度。相对角度用于计算设备当前角度与开机时的夹角。

4.4.5.Z轴使能

默认设备未X/Y双轴倾角检测。如果需要开启Z轴倾角计算,可通过改配置项开启。
注意:如果开启Z轴角度,会额外增加部分功耗。

4.5.按键说明

设备外壳上带一个按键,方便测试和开关机操作。

4.5.1.开机操作

如果设备处于关机状态,长按3秒设备将开机(LED灯从依次点亮,即可松开按键),然后设备LED灯闪烁3次(LED的个数代表设备电压等级)。

4.5.2.关机操作

当设备处于正常运行状态时。按键按下如果持续超过3秒,设备关机(LED灯依次熄灭,即可松开按键)。
如果按键没有持续超过3秒,则判定为短按操作,设备将进行触发上报。

4.5.3.触发上报

通过短按按键(0.1~3秒之间)可判断设备处于开机或关机状态。也可用来测试外接探头连通性或无线性能测试。
短按设备LED无显示,则设备处于关机状态,否则设备将先常亮(LED个数为电压等级),然后采集数据并发送。

4.6.固件升级

使用上位机工具可对设备进行固件升级,具体参考SensorTool说明文档。

5.无线报文格式

5.1.整体报文格式

为了支持各种不同的业务模式和应用场景,终端可配置为非LoRaWAN或LoRaWAN模式。

5.1.1.非LoRaWAN方式

HeaderDevAddrFCtrlSeqNoSensor Data1Sensor DataNCRC
1 字节4字节1 字节2 字节数据1数据N2 字节
协议头设备地址控制字包序号TLV(参考具体Type)TLV(参考具体Type)CRC16=Header至Sensor DataN(即CRC之前的所有字节)

5.1.2.LoRaWAN格式

为了节约传输字节,重复或冗余的数据项在LoRaWAN模式下不上报,只上传传感器数据内容。如下所示FRMPayload即非LoRaWAN模式中的传感器数据。

FPort:1
FRMPayload:即传感器数据(消息体)

5.2.上行数据格式

5.2.1.数据类型说明

类型范围说明
0x00~0x0F
和0xFF
格式(T+V),基础传感器类型,固定数据格式,省略长度字节
0x10~0x1F格式(T+L+V),通用类型,保留长度以适配定制化需求
0x20~0x3F格式(T+L+V),定制化项目需要,不同项目适配不同内容
0x80~未定义格式(T+L+V),用户参数配置和查询,不同项目适配不同内容

5.2.2.基础传感器类型列表

TypeValueValue描述
通用应答
0xFF
2字节第1字节对应下行指令(被应答的命令)
第2字节对应结果
设备信息
0x00
2字节设备信息包内容已知 故忽略长度字段节省字节
温度
0x04
2字节2 字节的有符号整型

5.2.3.定制化类型列表

TypeLengthValueValue描述
倾角
0x11
Value 长度4*N 字节数据根据N适应选择1~3个轴
依次为X轴,Y轴,Z轴
每个倾角为int32_t类型

5.3.基础传感器数据详细定义

5.3.1 设备信息(0x00)

TypeValueValueValue
1 Byte3 bit5bit1 Byte
0x00VersionVoltage LevelReserve

5.3.2 温度(0x04)

Type
1 字节
Value
2 字节
说明
0x04温度值2 字节的有符号整型, 零下为负值
默认单位 0.1 度, 即 201 表示 20.1 度

示例如:0xFF88为-120(-12度),网络字节序模式为 {04 FF 88}

5.4.定制化类型详细定义

5.4.1. 倾角数据(0x11)

根据长度适配单轴或多轴倾角,默认长度为8,即上报X和Y轴。

TypeValueValueValueValue
1 Byte1 Byte4 Bytes4 Bytes4 Bytes
0x114*N
(1 <= N <= 3)
X轴 倾角 int32_tY轴 倾角 int32_tZ轴 倾角 int32_t

如开启Z轴,则上述长度为12。

5.5 查询配置类型

读相关项目中用户参数,如周期,校准值,变量设置等。
Value按顺序列出,采用Length以便自适应无线查询配置。如Length是4,则代表后面只含上报和检测周期。如Length是8,则表示含上报和检测周期和校准值。

TypeLengthValueValueValueValueValue
1 Byte1 Byteuint16_tuint16_tint32_tuint8_tuint8_t
0x81Value长度上报周期检测周期校准值变量1变量2

5.6.终端上报示例

设备默认运行非LoRaWAN模式,数据内容包含协议头、设备地址等前缀部分和CRC尾缀部分的完整内容。

如下所示,其中传感器数据部分,主要有设备信息(0x00)、温度(0x04)、倾角(0x11)。

在LoRaWAN模式下,数据只有FRMPayload,即传感器数据部分。默认上报0x00、0x04、0x11类型的内容。

示例(无线数据HEX字符串):
03 00003A18 00 3A9C 005F51 0400DA 11 08 FFFFFB49 00000519 FD6A

  • Header 为 0x03
  • DevAddr 为 0x00003A18
  • FCtrl 为 0x00
  • SeqNo 为 0x3A9C
  • 数据1:00 5F 51 为设备信息(Type + Value)
  • 数据2:04 00DA 温度数据(Type + Value)
  • 数据3:11 08 FFFFFB49 00000519 为倾角数据(Type + Length + Value)
  • CRC:FD6A

其中倾角传感器数据(08 FFFFFB49 00000519)解析示意如下。

  • 0x08 数据长度(每个轴4字节,单位0.001°,最多3轴,默认2轴)
  • X轴: 0xFFFFFB49 即-1207,为-1.207°
  • Y轴: 0x00000519 即1305,为-1.305°

最后 FD6A 为 CRC,计算方法参考 CRC代码示例

5.7.下行数据格式

下行由外部或平台发送至网关,通过网关执行下发。整体下发给终端的数据报文格式与终端上报的数据格式一致。

5.7.1.数据下行类型列表

Type
1 Byte
Value
说明
Read (0x01)1 Byte以Value内容区分不同请求
如 Value == 0x81, 则读用户配置数据
Write(0x02)1 + N Bytes首字节用于判断写内容的类型
0x00+YYMMDDhhmmss 年月日时分秒

目前设备的下行内容仅在LoRaWAN模式下适用。支持的指令有读取用户配置参数,写周期和变量。

5.7.2.读指令详细格式

Type
1 Byte
Value
1 Byte
说明
0x010x81 读用户配置读周期及相关校准设置,返回请参考上行

5.7.3.写指令详细格式

Type
1 Byte
Value
1 Byte
Value
N Bytes
说明
0x020x11 修改上报周期uint16_t即LFT值,单位秒
0x020x12 修改采样周期uint16_t即LCP值,单位秒
0x020x13 校准值int32_t此处用于设置是否相对角度
0x020x14 变量1uint8_t无符号整型,倾角变化量,单位0.1°
0x020x15 变量2uint8_t无符号整型,Z轴是否使能

5.8.报文尾(CRC16)

本文档使用的 CRC 校验算法请咨询相关技术或销售人员。

6. 性能测试

6.1.待机电流测试

图示:待机电流值

6.2.传感器单次发送功耗

示例:默认SF9为例。发射动作电流功耗,具体看天线匹配度,一般约120~140mA左右。此处图例以极差匹配度天线为例150mA(以检验最大功耗条件下设备的使用年限)。图示的简单计算方法:持续时间约0.2s, 消耗电量=150*0.2s = 8.3uAh,下图所示多出的时间为震动唤醒和读取时间,大约几十毫秒,占比较少。

图示:上报数据电流消耗(SF9)

6.3.接收灵敏度测试

扩频因子SF接收灵敏度dBm,@BW=125K,470MHz
SF=7-126
SF=8-129
SF=9-131
SF=10-134
SF=11-136
SF=12-139

5.5.发射功率测试

图示:最大发射功率