這是一個獨(dú)立的太陽能遠(yuǎn)程氣候監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，可以跟蹤環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時氣候洞察和研究。

該項(xiàng)目涉及圍繞北歐半導(dǎo)體nRF9151芯片組開發(fā)一種先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。目標(biāo)是創(chuàng)建一個能夠在偏遠(yuǎn)和離網(wǎng)地區(qū)收集環(huán)境數(shù)據(jù)的自我維持系統(tǒng)，在這些地區(qū)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(如WiFi)可能不可用或不可靠。該設(shè)備將利用各種環(huán)境傳感器收集二氧化碳(CO2)水平、大氣壓力和其他關(guān)鍵環(huán)境指標(biāo)等參數(shù)的數(shù)據(jù)。通過QWIIC連接器促進(jìn)傳感器連接，為傳感器集成提供靈活性。雖然目前沒有集成傳感器，但該設(shè)計包括四個QWIIC連接器，其中兩個是必不可少的，另外兩個是未來擴(kuò)展的附加連接器。

該設(shè)備配備了LTE連接和SIM卡連接器，可以通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無縫數(shù)據(jù)傳輸。這種功能確保了從傳感器收集的環(huán)境數(shù)據(jù)可以發(fā)送到中央基站，即使在WiFi連接有限或沒有WiFi連接的地區(qū)也是如此。這使得該系統(tǒng)成為偏遠(yuǎn)地區(qū)環(huán)境研究應(yīng)用的理想選擇。

該設(shè)備的突出特點(diǎn)之一是它能夠使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)傳感器確定其地理位置。GNSS傳感器提供精確的位置數(shù)據(jù)，確保環(huán)境讀數(shù)可以進(jìn)行地理標(biāo)記，這對于需要空間感知的應(yīng)用至關(guān)重要。

該設(shè)備被設(shè)計為自我維持，這意味著它可以自主運(yùn)行，不需要外部電源或頻繁的維護(hù)。它由一個雙源系統(tǒng)供電，包括一個用于直流電源適配器供電的Type-C輸入和一個太陽能電池板。太陽能電池板用于給設(shè)備的車載電池充電，確保它即使在沒有常規(guī)電源的地區(qū)也能保持運(yùn)行。太陽能收集系統(tǒng)集成了一個高效的電源管理解決方案，使用北歐nPM1300，處理電池充電、監(jiān)控和整體配電。nPM1300通過太陽能電池板和Type-C輸入確保最佳的電池充電，即使在一個電源不可用的情況下也能保持不間斷的運(yùn)行。雙電源輸入功能通過外部電路實(shí)現(xiàn)，提供無縫切換和增強(qiáng)的系統(tǒng)可靠性。雖然該設(shè)備配備了Type-C輸入，用于偶爾充電，但它的主要設(shè)計是自主運(yùn)行，從集成的太陽能電池板獲取電力。這確保了系統(tǒng)的自我維持能力，使其能夠獨(dú)立運(yùn)行而不需要連續(xù)的外部電源。

為了優(yōu)化功耗，系統(tǒng)采用休眠電源模式，允許設(shè)備在不活動期間進(jìn)入超低功耗狀態(tài)。這在傳感器數(shù)據(jù)周期性傳輸?shù)那闆r下特別有用，可以降低整體能耗并延長電池壽命。此外，太陽能電池板的健康監(jiān)測是通過在兩個模擬引腳之間放置一個分流電阻來實(shí)現(xiàn)的，從而可以連續(xù)跟蹤發(fā)電效率和系統(tǒng)性能。

從環(huán)境傳感器收集的數(shù)據(jù)定期進(jìn)行，所有傳感器數(shù)據(jù)通過LTE網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒牖具M(jìn)行進(jìn)一步分析。除了環(huán)境數(shù)據(jù)外，該系統(tǒng)還將健康指標(biāo)(如太陽能電池板健康狀況、電池狀態(tài)和充電水平)傳輸?shù)交亍＿@允許實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的性能，以及早期發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)或傳感器的任何潛在問題。

該設(shè)備的自我維持特性，再加上其遠(yuǎn)程連接和實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，使其成為傳統(tǒng)電力基礎(chǔ)設(shè)施缺失或不可靠地區(qū)應(yīng)用的理想解決方案。即使在最偏遠(yuǎn)或惡劣的環(huán)境中，它也能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時的環(huán)境監(jiān)測。

相對于現(xiàn)有解決方案的主要優(yōu)勢

雖然目前有各種各樣的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，但該設(shè)備的自我維持和遠(yuǎn)程功能使其在幾個關(guān)鍵方面有別于傳統(tǒng)解決方案：

自我維持電力系統(tǒng)：大多數(shù)現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備依賴于固定的電源，如AC/DC適配器，需要定期維護(hù)或依賴于附近的電力基礎(chǔ)設(shè)施。然而，該系統(tǒng)采用雙電源輸入系統(tǒng)：Type-C通過直流適配器充電，太陽能電池板持續(xù)為電池充電，使設(shè)備能夠在離網(wǎng)位置自主運(yùn)行。太陽能電池板的加入大大減少了維護(hù)需求，因?yàn)樗祟l繁更換電池或手動充電的需要，而這通常是現(xiàn)有解決方案的限制。

使用LTE連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：傳統(tǒng)的環(huán)境傳感器通常依靠WiFi或藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這限制了它們在WiFi基礎(chǔ)設(shè)施可能不可用的偏遠(yuǎn)地區(qū)的可用性。該系統(tǒng)的突出之處在于集成了外部LTE模塊和SIM卡連接器，使設(shè)備能夠通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)送實(shí)時數(shù)據(jù)。這一功能確保了即使在幾乎沒有WiFi覆蓋的地區(qū)也能傳輸數(shù)據(jù)，使其高度適應(yīng)偏遠(yuǎn)或惡劣的環(huán)境。

遠(yuǎn)程監(jiān)控電源運(yùn)行狀況：與許多現(xiàn)有設(shè)備只是簡單地收集和傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)不同，該系統(tǒng)還包括對其電源的實(shí)時監(jiān)控。nPM1300電源管理系統(tǒng)不僅可以控制電池充電，還可以跟蹤電池的健康狀況。電池狀態(tài)、其他參數(shù)監(jiān)測和整體系統(tǒng)電源狀態(tài)的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)交荆试S主動維護(hù)，并確保設(shè)備即使在電源相關(guān)問題的情況下也能保持運(yùn)行。同樣，太陽能電池板電源健康數(shù)據(jù)也被傳輸，確保設(shè)備健康的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

GNSS的地理位置感知：許多環(huán)境監(jiān)測設(shè)備無法整合位置跟蹤，這對于需要對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確地理標(biāo)記的應(yīng)用程序來說是一個至關(guān)重要的功能。該系統(tǒng)通過集成GNSS傳感器解決了這個問題，該傳感器允許設(shè)備準(zhǔn)確地確定其地理位置。該功能對于跟蹤不同地點(diǎn)的環(huán)境條件至關(guān)重要，特別是對于農(nóng)業(yè)監(jiān)測，野生動物跟蹤和不同環(huán)境中的研究等應(yīng)用。

自主和連續(xù)操作：大多數(shù)當(dāng)前的解決方案需要定期的人工干預(yù)來進(jìn)行充電、維護(hù)或數(shù)據(jù)檢索。然而，該系統(tǒng)是為連續(xù)自主操作而設(shè)計的。它定期收集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過LTE傳輸，無需人工干預(yù)。太陽能充電、LTE數(shù)據(jù)傳輸和電源管理的結(jié)合確保了設(shè)備以完全自主的方式保持運(yùn)行，從而降低了運(yùn)營成本和人為監(jiān)督。

在惡劣環(huán)境下的長期部署：由于電源有限和需要頻繁維修，現(xiàn)有的解決方案往往難以在偏遠(yuǎn)或惡劣條件下進(jìn)行長期部署。該系統(tǒng)集成了太陽能和強(qiáng)大的電源管理功能，能夠以最少的維護(hù)進(jìn)行長期部署。它特別適合在電力供應(yīng)有限或經(jīng)常停電的地區(qū)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測。

可擴(kuò)展性和靈活性：基于nrf9151的自維持環(huán)境傳感器設(shè)備具有靈活和可擴(kuò)展的部署能力，可適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)需求。通過支持NB-IoT、LTE、藍(lán)牙(BLE)、Zigbee和Mesh，以及未來的NTN集成，該系統(tǒng)可以部署在各種環(huán)境中，提供最佳的連接選擇。在需要遠(yuǎn)程通信的場景下，LTE或NB-IoT可以確保數(shù)據(jù)的無縫傳輸。但是，對于短距離應(yīng)用，可以利用BLE，大大降低功耗和網(wǎng)絡(luò)依賴性。當(dāng)在局部區(qū)域內(nèi)部署多個設(shè)備時，Mesh網(wǎng)絡(luò)可以將傳感器互連起來，從而實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)中繼，而無需依賴于直接的LTE連接。這種方法通過有效地分配通信負(fù)載，優(yōu)化了功耗，降低了成本，提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性。通過這種自適應(yīng)連接策略，該系統(tǒng)保持了高度的可擴(kuò)展性，使其適用于小規(guī)模環(huán)境監(jiān)測以及遠(yuǎn)程或城市地區(qū)的大規(guī)模傳感器部署。能夠添加更多的環(huán)境傳感器(通過額外的QWIIC連接器)，并通過太陽能電池板和Type-C輸入有效地管理電源，確保該設(shè)備可以適應(yīng)各種用例，從偏遠(yuǎn)地區(qū)的小規(guī)模監(jiān)測到大規(guī)模的環(huán)境網(wǎng)絡(luò)。

本文編譯自hackster.io