سیستم مانیتورینگ آب و هوا LoRaWAN چیست و چگونه کار می کند؟

الف سیستم پایش آب و هوای LoRaWAN که در اینجا به عنوان راه حل پایش هواشناسی مبتنی بر LoRaWAN نیز شناخته می شود ، یک سیستم بی سیم است که برای جمع آوری، انتقال و مدیریت داده های هواشناسی از مکان های نظارتی در فضای باز یا توزیع شده طراحی شده است.

این به ویژه برای پروژه هایی مناسب است که در آن نقاط نظارت در یک منطقه گسترده پخش شده است، کابل کشی در مسافت های طولانی دشوار است، یا برق اصلی و دسترسی به شبکه به راحتی در دسترس نیست.

در راه حل BGT HYDROMET، معماری سیستم کامل شامل موارد زیر است:

سنسور هواشناسی + گره LoRaWAN + دروازه LoRaWAN + بستر ابری / بستر مشتری

سنسور هواشناسی پارامترهای محیطی مانند دما، رطوبت و فشار اتمسفر را اندازه گیری می کند. یک گره LoRaWAN داده های حسگر را از طریق ارتباط RS485 می خواند و آن را به صورت بی سیم به یک دروازه LoRaWAN منتقل می کند. سپس دروازه داده ها را به سمت پلتفرم ابری یا سیستم خود مشتری برای مشاهده و مدیریت از راه دور ارسال می کند.

این معماری یک راه عملی برای ایجاد یک شبکه بی سیم پایش آب و هوا بدون اتکا به کابل کشی سیگنال مسافت طولانی را فراهم می کند.

چرا از LoRaWAN برای پایش آب و هوا استفاده کنیم؟

پایش هواشناسی به طور گسترده ای در کشاورزی، شهرهای هوشمند، نظارت بر محیط زیست، پارک های صنعتی، نظارت بر آب و هوای جاده ها، نظارت بر دانشگاه و پروژه های میدانی از راه دور استفاده می شود.

با این حال، بسیاری از نقاط نظارت در خارج از منزل نصب می شوند یا در چندین مکان توزیع می شوند. در این محیط ها، مشتریان ممکن است با چندین چالش روبرو شوند:

• سیم کشی از راه دور دشوار یا پرهزینه است.

• برق اصلی ممکن است در دسترس نباشد.

• مکان های نظارت ممکن است به طور گسترده ای توزیع شوند.

• داده های آب و هوا باید از راه دور مشاهده شوند.

• ممکن است چندین نقطه نظارت در مکان های مختلف مورد نیاز باشد.

• مشتریان ممکن است از قبل دروازه LoRaWAN، سرور شبکه یا پلت فرم داده خود را داشته باشند.

سیستم های پایش آب و هوای سیمی سنتی معمولاً به کابل کشی در مسافت های طولانی، ساخت نیرو، تجهیزات جمع آوری داده ها و یکپارچه سازی در محل نیاز دارند. این می تواند هزینه نصب را افزایش دهد و استقرار را پیچیده تر کند، به خصوص زمانی که چندین نقطه نظارت درگیر باشد.

راه حل پایش هواشناسی مبتنی بر LoRaWAN این چالش ها را با ترکیب سنجش محیطی، انتقال بی سیم، ارتباطات دروازه و دسترسی به پلت فرم در یک سیستم برطرف می کند.

اجزای اصلی یک سیستم مانیتورینگ آب و هوای LoRaWAN چیست؟

یک راه حل معمولی نظارت هواشناسی بی سیم BGT HYDROMET شامل چهار بخش اصلی است.

1. سنسور هواشناسی

سنسور هواشناسی وظیفه جمع آوری داده های آب و هوا از سایت پایش را بر عهده دارد.

یک گزینه معمولی سنسور دما، رطوبت و فشار جعبه لوور است.

این سنسور اندازه گیری می کند:

• دما

• رطوبت

• فشار اتمسفر

طراحی جعبه لوور به محافظت از عناصر حسگر در برابر نور مستقیم خورشید و پاشش باران کمک می کند و در عین حال امکان گردش هوا را برای اندازه گیری محیطی فراهم می کند.

این سنسور از ارتباط RS485 استفاده می کند و برای استفاده همراه با یک گره LoRaWAN برای انتقال داده های بی سیم توصیه می شود.

بسته به نیاز پروژه، سایر پارامترهای آب و هوا نیز می توانند هنگام پیکربندی سیستم انتخاب شوند.

2. گره LoRaWAN

گره LoRaWAN حسگر هواشناسی را به شبکه بی سیم متصل می کند.

داده‌های حسگر RS485 را جمع‌آوری می‌کند و آن داده‌ها را به صورت بی‌سیم از طریق LoRaWAN منتقل می‌کند.

با توجه به نیازهای پروژه، SN100-WSQ یا SN200-WSQ را می توان انتخاب کرد.

برای مکان‌های نظارت در فضای باز که برق اصلی در دسترس نیست، می‌توان از گره LoRaWAN با انرژی خورشیدی نیز استفاده کرد.

قبل از تأیید پیکربندی نهایی، سازگاری سنسور باید بررسی شود، از جمله:

• ارتباط RS485

• ولتاژ کاری مناسب

• مصرف برق کم

• خروجی داده پایدار اندکی پس از روشن شدن

این عوامل به تعیین اینکه آیا حسگر و گره می توانند به درستی در یک سیستم نظارتی کم مصرف با هم کار کنند کمک می کند.

3. LoRaWAN Gateway

دروازه LoRaWAN داده های بی سیم را از گره های میدانی دریافت می کند و آن را به سمت شبکه و پلت فرم داده ارسال می کند.

دروازه های داخلی یا خارجی را می توان با توجه به محیط نصب واقعی انتخاب کرد.

بنابراین دروازه یک جزء ارتباطی مهم بین دستگاه های نظارت میدانی و سیستم داده سطح بالا است.

4. بستر داده

پس از اینکه دروازه داده ها را از گره های LoRaWAN دریافت کرد، داده ها را می توان در یک پلت فرم ابری یا سیستم مشتری آپلود کرد.

هنگام استفاده از پلت فرم و دروازه BGT HYDROMET، مشتریان می توانند از طریق داشبورد رایانه شخصی یا برنامه تلفن همراه به داده ها دسترسی داشته باشند.

بسته به پیکربندی پروژه، پلت فرم می تواند پشتیبانی کند:

• مشاهده در زمان واقعی داده ها

• منحنی های داده های تاریخی

• نظارت بر وضعیت دستگاه

• صادرات داده ها مانند اکسل یا CSV

• اعلان هشدار، در صورت پیکربندی

• ادغام با پلتفرم خود مشتری، بسته به نیاز پروژه

اگر مشتری قبلاً یک پلت فرم موجود دارد، روش ارتباطی مورد نیاز، قالب داده، الزامات MQTT و جزئیات یکپارچه سازی باید قبل از تأیید سفارش تأیید شود. توابع API نیز باید با توجه به محدوده پروژه واقعی تایید شوند.

سیستم مانیتورینگ آب و هوای LoRaWAN چگونه کار می کند؟

جریان کامل داده ها ساده است.

مرحله 1: سنسور هواشناسی داده های آب و هوا را جمع آوری می کند

سنسور هواشناسی در محل پایش نصب شده است.

برای سنسور استاندارد جعبه لوور، سیستم می تواند داده های دما، رطوبت و فشار اتمسفر را جمع آوری کند.

سنسور معمولاً باید در مکانی باز و بدون مانع، دور از ساختمان‌ها، درختان، دیوارها و سایر موانعی که ممکن است بر اندازه‌گیری محیطی تأثیر بگذارد نصب شود.

مرحله 2: گره LoRaWAN داده های حسگر را می خواند

گره LoRaWAN از طریق RS485 با حسگر هواشناسی ارتباط برقرار می کند.

خوانش حسگرها را می گیرد و آنها را برای انتقال بی سیم آماده می کند.

مرحله 3: گره داده ها را به دروازه LoRaWAN ارسال می کند

گره داده های آب و هوای جمع آوری شده را به صورت بی سیم از طریق شبکه LoRaWAN منتقل می کند.

این امر نیاز به کابل کشی سیگنال از راه دور بین نقاط نظارت و مرکز نظارت را کاهش می دهد.

مرحله 4: Gateway داده ها را به پلتفرم منتقل می کند

دروازه LoRaWAN داده های میدانی را دریافت کرده و به سمت پلتفرم ابری یا سرور مشتری ارسال می کند.

مرحله 5: کاربران داده ها را از راه دور مشاهده می کنند

سپس کاربران می توانند مشاهده کنند:

• داده های آب و هوا در زمان واقعی

• سوابق تاریخی

• روند داده ها

• وضعیت دستگاه

از طریق داشبورد رایانه شخصی یا برنامه تلفن همراه.

بنابراین مسیر داده کامل را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

سنسور هواشناسی → گره LoRaWAN → دروازه LoRaWAN → بستر داده

مزایای کلیدی پایش آب و هوای LoRaWAN چیست؟

بدون کابل کشی راه دور

از آنجایی که این سیستم از ارتباط بی سیم LoRaWAN استفاده می کند، کابل های سیگنال مسافت طولانی بین سنسورها و مرکز نظارت لازم نیست.

این می تواند الزامات سیم کشی را کاهش دهد و نصب را ساده کند، به ویژه برای پروژه های توزیع شده در فضای باز.

مصرف برق کم

گره LoRaWAN برای عملیات کم مصرف طراحی شده است.

بسته به شرایط سایت، سیستم می تواند از موارد زیر استفاده کند:

• قدرت باتری

• انرژی خورشیدی

• منبع تغذیه خارجی

برای کاربردهایی که سنسور به زمان روشن شدن بیشتر یا مصرف انرژی بیشتر نیاز دارد، ممکن است پیکربندی پنل خورشیدی، باتری و کنترلر شارژ نیز در نظر گرفته شود.

انتقال بی سیم دوربرد

با توجه به مستندات راه حل فعلی، فاصله ارتباطی معمولی مرجع تقریباً 5-10 کیلومتر در مناطق باز و 1-2 کیلومتر در محیط های شهری است..

محدوده انتقال واقعی می تواند بسته به ساختمان ها، زمین، ارتفاع آنتن و شرایط اطراف متفاوت باشد.

نصب انعطاف پذیر

این سیستم را می توان در مکان های بیرونی مانند زمین های کشاورزی، سایت های ساخت و ساز، پارک ها، کنار جاده ها، دانشگاه ها، مخازن، مناطق صنعتی و سایر مکان های نظارت از راه دور مستقر کرد.

دسترسی به داده از راه دور

داده های آب و هوا را می توان در یک پلتفرم آپلود کرد و از راه دور از طریق داشبورد رایانه شخصی یا برنامه تلفن همراه مشاهده کرد.

کاربران می توانند اطلاعات بلادرنگ، روندهای تاریخی و وضعیت دستگاه را بدون نیاز به بازدید از هر نقطه نظارتی نظارت کنند.

استقرار مقیاس پذیر

یک شبکه LoRaWAN می تواند چندین گره حسگر را از طریق یک دروازه پشتیبانی کند.

با توجه به مستندات راه حل فعلی BGT HYDROMET، یک دروازه به طور کلی می تواند صدها گره حسگر LoRaWAN را پشتیبانی کند. ظرفیت واقعی همچنان باید با توجه به پیکربندی پروژه، از جمله تعداد گره ها، فاصله گزارش، حجم داده و شرایط سایت تأیید شود.

برای پروژه های بزرگتر، دروازه های اضافی را می توان برای گسترش پوشش شبکه اضافه کرد.

چگونه باید باند فرکانس LoRaWAN انتخاب شود؟

طرح فرکانس LoRaWAN پشتیبانی شده باید با توجه به کشور یا منطقه مقصد و الزامات محلی انتخاب شود.

مستندات راه حل فعلی BGT HYDROMET گزینه های رایج از جمله:

• EU868

• US915 / US902

• AS923

• AU915

پیکربندی فرکانس نهایی باید قبل از حمل و نقل تأیید شود.

این مهم است زیرا باند فرکانسی مناسب بستگی به مکانی دارد که سیستم واقعاً در آن مستقر خواهد شد.

هر چند وقت یک بار می توان داده های آب و هوا را گزارش کرد؟

فاصله گزارش بر روی سرعت تازه سازی داده ها و مصرف انرژی تاثیر می گذارد.

برای اکثر پروژه های پایش هواشناسی، مستندات یک فاصله گزارش دهی 15 دقیقه ای را توصیه می کنند.

زمانی که به‌روزرسانی‌های مکرر نیاز است، می‌توان فاصله کوتاه‌تری مانند پنج دقیقه انتخاب کرد. با این حال، فواصل کوتاه‌تر گزارش‌گیری مصرف انرژی را افزایش می‌دهد و می‌تواند عمر باتری را کاهش دهد.

بنابراین فاصله گزارش نهایی باید با توجه به هدف نظارت، روش منبع تغذیه و عمر باتری مورد انتظار انتخاب شود.

کجا می توان از سیستم پایش آب و هوای LoRaWAN استفاده کرد؟

این راه حل برای چندین برنامه نظارتی در فضای باز و توزیع شده مناسب است.

پایش هواشناسی کشاورزی

در زمین‌های کشاورزی، محیط‌های گلخانه‌ای، باغ‌ها و مناطق آبیاری، داده‌های دما، رطوبت و فشار اتمسفر می‌توانند به کاربران در درک شرایط ریزاقلیم محلی و حمایت از مدیریت کشاورزی کمک کنند.

پایش محیطی سایت ساخت و ساز

در سایت های ساخت و ساز، داده های هواشناسی می توانند از مدیریت ایمنی، نظارت بر محیط زیست و برنامه ریزی کاری مرتبط با آب و هوا پشتیبانی کنند.

نظارت بر محیط زیست شهر هوشمند

این راه حل را می توان در پارک های شهری، خیابان ها، دانشگاه ها، جوامع مسکونی و امکانات عمومی برای جمع آوری داده های اولیه محیطی و آب و هوا استفاده کرد.

پایش آب و هوا راه و ترابری

داده های آب و هوا می تواند از ارزیابی وضعیت جاده، هشدار اولیه و مدیریت حمل و نقل پشتیبانی کند، به ویژه در مناطقی که تحت تأثیر مه، باران، تغییرات دما یا باد شدید قرار گرفته اند.

نظارت بر محوطه شهرک صنعتی و کارخانه

پارک‌های صنعتی ممکن است از نظارت توزیع‌شده آب و هوا برای مدیریت ایمنی، پایش محیط‌زیست یا مرجع عملیات تجهیزات استفاده کنند.

مانیتورینگ میدانی از راه دور

برای مکان‌های بیرونی بدون زیرساخت برق یا ارتباط مناسب، یک راه‌حل مبتنی بر LoRaWAN یک روش نظارت بی‌سیم عملی را ارائه می‌کند.

نحوه پیکربندی راه حل پایش آب و هوا LoRaWAN

پیکربندی نهایی سیستم نباید تنها بر اساس مدل محصول انتخاب شود.

قبل از پیکربندی یک پروژه، چندین الزام باید تأیید شود، از جمله:

• پارامترهای نظارتی مورد نیاز

• تعداد نقاط نظارت

• فاصله ارتباطی

• محیط نصب

• شرایط منبع تغذیه

• محیط نصب دروازه

• الزامات پلت فرم

• کشور یا منطقه مقصد

• باند فرکانسی LoRaWAN مورد نیاز

پیکربندی نهایی باید بر اساس شرایط واقعی پروژه تایید شود.

یک فرآیند معمولی استقرار پروژه شامل:

1. تایید نیاز

2. پیکربندی راه حل

3. پیش پیکربندی قبل از حمل و نقل

4. نصب در محل

5. اتصال به شبکه و تأیید داده ها

6. بهره برداری و نگهداری

چه اطلاعاتی باید قبل از سفارش تایید شود؟

برای پیکربندی صحیح راه حل، مشتریان باید اطلاعات کلیدی پروژه مانند:

• محل نصب و سناریوی برنامه

• پارامترهای نظارتی مورد نیاز

• تعداد نقاط نظارت

• نصب در فضای داخلی یا خارجی

• در دسترس بودن برق شهری

• نیاز باتری یا انرژی خورشیدی

• فاصله گزارش داده های مورد انتظار

• فاصله تقریبی بین گره ها و دروازه

• نیاز دروازه داخلی یا خارجی

• کشور یا منطقه مقصد

• باند فرکانسی LoRaWAN مورد نیاز

• الزامات یکپارچه سازی پلت فرم

• الزامات اعلان هشدار

• گواهینامه محلی یا الزامات واردات

ارائه این اطلاعات به تعیین حسگر مناسب، گره LoRaWAN، دروازه، روش منبع تغذیه و پیکربندی دسترسی به داده کمک می کند.

نتیجه گیری

یک سیستم پایش آب و هوا LoRaWAN سنجش هواشناسی، جمع آوری داده ها، ارتباطات بی سیم، انتقال دروازه و دسترسی از راه دور به داده ها را در یک راه حل عملی پایش ترکیب می کند.

این سیستم به جای ارائه تنها یک حسگر مستقل، سنسور هواشناسی را با یک گره، دروازه و پلت فرم داده LoRaWAN متصل می کند تا بتوان داده های آب و هوا را از سایت های نظارت در فضای باز جمع آوری کرد و از راه دور مشاهده کرد.

برای کاربردهایی مانند کشاورزی، سایت‌های ساخت‌وساز، شهرهای هوشمند، پارک‌های صنعتی، پایش آب‌وهوای جاده‌ها، و نظارت میدانی از راه دور، این معماری می‌تواند نیازهای سیم‌کشی را کاهش دهد، از باتری یا استقرار انرژی خورشیدی پشتیبانی کند و گسترش نقاط نظارت را مطابق با الزامات پروژه آسان‌تر کند.

بنابراین راه حل BGT HYDROMET نه تنها یک محصول حسگر هواشناسی است، بلکه یک بسته نظارتی کامل IoT است که برای کمک به مشتریان در جمع آوری، انتقال و مدیریت کارآمدتر داده های هواشناسی طراحی شده است.