STM32WL可以在户外使用15年以防止森林火灾

运行由太阳供电的气体传感器的STM32WL微控制器可能是早期发现野火的最有效解决方案。问题仍然是国家和公司是否会投资它。这种方法的核心独特生态系统是Silvanet by Dryad，该公司最近筹集了超过10万欧元的A轮融资。Silvanet节点和网关是第一个在野外环境中提供太阳能LoRa连接的节点和网关。它们可以在户外持续 10 到 15 年，在没有任何运营商基础设施的情况下在偏僻的地方构建网状网络。在性能方面，该系统可以在几分钟内检测到阴燃，使其成为迄今为止最快、最灵敏的检测系统。

为什么早期发现如此重要和复杂？

野火成本增加

2022 年夏季保持着全球一些最严重的野火的记录。美国国家航空航天局（NASA）的地球天文台发布了欧洲，非洲和亚洲热浪和火灾的卫星图像。此外，世界资源研究所的一项新分析估计，今天的森林大火烧毁的土地几乎是2001年的两倍。为了正确看待这些数字，2021年的野火造成了9万公顷的全球损失，土地面积大约相当于匈牙利。最糟糕的是，气候变化引发的干旱和破纪录的热浪将持续多年使问题恶化。

野火是一个具有如此天文影响的问题，很难量化。根据2017年美国国家标准与技术研究院的一项研究，仅在美国，野火每年的经济负担就可能超过300亿美元。此外，该论文没有考虑间接成本，例如农业用地损失造成的粮食短缺或未来十年吸入烟雾的长期健康影响。据路透社报道，信贷机构穆迪估计，如果情况恶化，野火可能会扰乱整个国家（希腊）的经济，很难夸大局势的紧迫性和严重性。

早期检测系统的缺点

早期发现是预防野火的最关键措施之一。然而，目前的解决方案不够精确或不够快。瞭望塔已经存在了一个多世纪，但它们必须有人值守，只有在已经有大量烟雾时才起作用。卫星系统自动监控，但只检测已经蔓延的火灾。其他人尝试使用相机，但他们需要强大的能源，这在自然界中并不常见，他们在开始后一到三个小时检测到火灾。Silvanet提供了一种新的解决方案，解决了功耗和早期检测的挑战。

为什么席尔瓦内是应对以往挑战的独特答案？

功耗挑战

Dryad的联合创始人之一Carsten Brinkschulte解释说，在这种情况下，功耗是需要解决的最关键的技术挑战，密歇根州立大学的一篇论文同意他的观点。事实上，学者们解释说，使用太阳能电池板具有挑战性，因为树木提供了遮荫和覆盖物，阻挡了很大一部分阳光。因此，研究人员试图从移动的树枝中获取能量。Dryad采取了不同的方法：设计一个可以在这些恶劣条件下运行的系统。正如卡斯滕告诉我们的那样，他的公司只能通过使用STM32WL来做到这一点。

通过结合MCU和无线电发射器，STM32WL限制了PCB上的元件数量并优化了整体效率。例如，MCU和无线电的高速时钟可以只使用一个晶体。此外，STM32WL的LDO和SMPS允许某些操作在唤醒时运行得更快，从而更快地执行任务，从而节省更多能源。STM32WL还具有适合这种情况的低功耗模式。Dryad与意法半导体合作，从STM32WL中提取尽可能多的优化，以便在森林中使用太阳能运行。

计算挑战

野火探测机制面临的另一个挑战是可扩展性。并非所有火灾看起来都一样，尤其是在阴燃阶段。席尔瓦内依靠气体传感器，并非每场火灾都会以相同的方式记录。例如，松树发出的烟雾与桉树不同。 因此，Dryad实施了一个适应不同森林的机器学习应用程序，并获得了一个功能强大的微控制器来运行它。这也是Silvanet传感器使用STM32WL的另一个原因。该 MCU 可容纳高达 256 KB 的闪存，运行频率高达 48 MHz。 得益于硬件优化，该设备可以处理来自传感器的数据并在本地运行机器学习算法。

沟通挑战

检测森林火灾的开始只是问题之一。另一个挑战包括将信息发送到云中的监控系统，尽管连接通常不存在。因此，Silvanet不能依赖像NB-IoT这样的蜂窝网络或需要像Sigfox这样的运营商的技术。因此， Dryad 选择了 LoRaWAN，因为它在偏僻的地方工作。事实上，Silvanet使用在STM32U5上运行的自定义网关。一个是LoRa网状网关， 它将LoRaWAN网络扩展到森林深处。另一个是边界网关，它使用具有4G / GPRS回退的2G / LTE调制解调器提供回程。甚至还有使用SpaceX的Swarm的内置卫星连接。

一个野火传感器节点通常覆盖一公顷的森林，并且可以根据需要使用网状网关扩展网络，同时使用具有连接的边界网关将消息发送到云。传感器的防护等级为 IP67，可抵御风暴，支持-40ºC至+85ºC的温度范围。这是可能的，因为Silvanet传感器和网关没有端口或连接器。它们都使用坚固的塑料外壳。作为一项关键要求，Dryad实施了无线固件更新机制，并使用意法半导体的库来促进其实施。因此，产品可以接收补丁以修复错误或更新机器学习应用程序以改进火灾探测。

最后的挑战

最后一个挑战仍然是说服政府、行业和其他人相信有一种新的野火探测解决方案。传感器的价格为48欧元，网状网关的价格为371欧元，边境网关的价格为549欧元。当覆盖数十万公顷时，投资并非微不足道。然而，与森林火灾的直接和间接成本相比，这笔支出相形见绌。

审核编辑：郭婷