MuMo - LoRa Gateway - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

### UPDATE 10-03-2021 // die neuesten Informationen / Updates werden auf der Github-Seite verfügbar sein:

github.com/MoMu-Antwerpen/MuMo

Was ist MuMo?

MuMo ist eine Zusammenarbeit zwischen der Produktentwicklung (einer Abteilung der Universität Antwerpen) unter dem Namen Antwerp Design Factory und dem Antwerp Fashion Museum.

Ziel des Projekts ist der Aufbau eines Open-Source-IOT-Monitorsystems auf Basis eines LoRa-Netzwerks.

• Es sollte einfach einzurichten sein.
• Es sollte leicht zu montieren sein.
• Es muss im Hinblick auf den Anwendungsbereich skalierbar sein.

Was das Projekt MuMo beinhaltet:

MuMo-Knoten

Der MuMo Node ist ein Gerät mit geringem Stromverbrauch auf AA-Batterien, das Umweltparameter über ein LoRa-Netzwerk messen und übertragen kann. Die Parameter sind Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Umgebungsdruck und Helligkeit.

*** Der MuMo-Knoten kann mit anderen Funktionalitäten erweitert werden, um in anderen Anwendungen verwendet zu werden.***

MuMo-Gatway

Das MuMo Gateway ist ein aktives LoRa-Gateway, das LoRa-Signale vom Node-Gerät über das Internet empfangen und weiterleiten kann. In diesem Projekt wird das Gateway auch mit den gleichen Sensoren des MuMo Node-Geräts, einem Luftstaubsensor und einer Insektenfalle ausgestattet, die mit einer Kamera fernüberwacht werden kann.

*** Das Gateway muss nicht mit Sensoren oder einer Kamera ausgestattet sein. Es kann auch nur der Bereitstellung eines LoRa-Netzwerks dienen (nicht messendes Gateway).***

MuMo-Dashboard

Das MuMo Dashboard wird bereitgestellt, um eine Übersichts-Webanwendung des zu erstellenden Netzwerks zu erstellen. Es ist benutzerfreundlich mit verschiedenen Funktionalitäten. Das Dashboard kann vollständig an die Wünsche und Anwendungen des Benutzers angepasst werden.

Github-Seite:

github.com/MoMu-Antwerpen/MuMo

Verlinkte instructable Seiten:

MuMo_Node:

MuMo_Gateway:

Notwendige Werkzeuge:

• 3D-Drucker mit Filament
• Lötkolben / Lot
• Kleine Schneidezange
• Heißklebepistole (oder andere Fixierwerkzeuge)
• Kleiner Schraubendreher

Schritt 1: #Hardware - Teile bestellen

Teile zu bestellen:

Eine aktuelle Übersicht finden Sie auf der Github-Seite:

github.com/MoMu-Antwerpen/MuMo/blob/master/Shopping_list.md

Schritt 2: #Hardware - 3D-gedruckte Teile

Teile zum 3D-Druck:

1. Tor

   • GATEWAY_Main_Housing
   • GATEWAY_Backcover

2. Sensor_Erweiterung

   • Sensor_Gehäuse
   • Sensor_Rückseite

3. Kamera_Erweiterung

   • Kamera_Gehäuse
   • Kamera_Rückseite
4. Trap_Erweiterung

die github-Seite für die neuesten STL-Dateien:

github.com/jokohoko/Mumo/tree/main/STL_GATEWAY

Druckfilament:

PETG (bevorzugt und haltbarer)

PLA

Allgemeine Druckeinstellungen:

• Keine Unterstützung nötig
• Füllung nicht notwendig
• 0,2 Schichthöhe
• 3 Außenumfänge (für Stärke und Haltbarkeit)

Schritt 3: #Software - SD-Karte Raspberry Pi vorbereiten

Teile:

• Himbeer-Pi
• Micro SD Karte.

Anweisungen:

1. Stellen Sie sicher, dass die SD-Karte geflasht ist und dass das richtige Raspberry-Betriebssystem-Image (Raspberry Pi OS (32-Bit) mit Desktop) auf der Micro-SD-Karte installiert ist. Folgen Sie dem untenstehenden Link, um die richtigen Anweisungen zum Flashen und Vorbereiten Ihrer Micro-SD-Karte zu finden.
2. Legen Sie Ihre Micro-SD-Karte in den Raspberry Pi ein.

Verknüpfung:

www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/

Schritt 4: #Hardware - Bereiten Sie den Luftstaubsensor vor (optional)

Teile:

• Saatluft-Staubsensor
• 2 x Widerstand (3,3 KΩ)
• Grove Hutbrett
• 2 x Schrumpfmuffen

Anweisungen:

1. Schneiden Sie das rote Kabel bis zum Stecker ab.
2. Schneiden Sie das gelbe Kabel im Abstand von 3 cm vom Stecker ab.
3. Schneiden Sie das schwarze Kabel im Abstand von 2 cm vom Stecker ab.
4. Das Ende jedes Drahtes abisolieren.
5. Legen Sie einen kleinen Schrumpfschlauch über das gelbe Kabel.
6. Legen Sie einen großen Schrumpfschlauch über das gelbe und schwarze Kabel.
7. Löten Sie die beiden Widerstände in Reihe mit dem gelben Kabel des Steckers dazwischen.
8. Löten Sie das andere gelbe Kabel an der Seite des Sensors an einen der Widerstände.
9. Schieben Sie die kleine Hülse über die Lötverbindung des gelben Drahtes, wobei ein Widerstandsende noch freiliegt, und schrumpfen Sie die kleine Hülse.
10. Löten Sie die schwarzen Drähte wieder zusammen mit dem noch freiliegenden Widerstandsende dazwischen.
11. Schieben Sie die große Hülse über die Lötverbindung und die kleine Hülse und schrumpfen Sie die große Hülse.
12. Löten Sie das rote Kabel an die 5V-Pins (Pin 2 und 4) auf der Grove-Hutplatine (siehe Bild von oben).

Schritt 5: #Hardware - Anbringen der Abstandshalter (optional)

Teile:

• Grove Hutbrett
• Saatluft-Staubsensor
• 4 x Abstandshalter weiblich-männlich
• 4 x weiblich-weiblich Abstandshalter
• 4 x Nuss

Anweisungen:

1. Montieren Sie die weiblichen-männlichen Abstandshalter durch die Befestigungslöcher der Rillenhutplatte
2. Schrauben Sie die Muttern auf die weiblichen-männlichen Distanzstücke und ziehen Sie sie fest. (um zusätzlichen Platz für die Kabel zu schaffen)
3. Schrauben Sie die weiblichen-weiblichen Abstandshalter auf die Muttern und ziehen Sie alles fest.
4. Verlegen Sie das rote 5V-Kabel des Luftstaubsensors entlang der Innenseite des Abstandshalters (siehe letztes Bild).

Schritt 6: #Hardware - Anschließen von Kamerakabel / Staubsensor / I2C (optional)

Teile:

• Der Montagestapel aus Schritt 6

• Raspberry PiModell 3 B+
• Kamerakabel
• 2 x Groove-Anschlusskabel
• 1 x lange M2.5 Schraube

Anweisungen:

Kamerakabel:

1. Heben Sie den Riegel des Kabelsteckers am Raspberry Pi an (siehe Bild eins - rotes Rechteck). Seien Sie vorsichtig, zerbrechlich!
2. Stecken Sie das Kamerakabel mit der blauen Seite zu den USB-Steckern in den Anschluss des Raspberry Pi.
3. Wenn das Kabel am richtigen Platz ist. Drücken Sie die Verriegelung zurück, damit die Kabelverbindung gesichert ist.
4. Führen Sie das Kamerakabel durch das dafür vorgesehene Loch in das Nutbrett. (siehe Bild des Grooveboards Draufsicht - rotes Rechteck)
5. Richten Sie die Platine mit den Stiftanschlüssen an der Seite aus.
6. Drücken Sie es ganz nach unten, um einen Stapel zu bilden.
7. Um den Stack zu sichern, montieren Sie die Schraube im Loch neben dem Audioanschluss des Raspberry Pi. (siehe Bild Draufsicht)
8. Der erste Stapel ist fertig!

Luftstaubsensor:

Verbinden Sie den Stecker des Luftstaubsensors mit Pin D16 der Grove-Hutplatine. (siehe Bild des Groove Boards Draufsicht - lila Rechteck)

I2C-Anschlüsse:

Verbinden Sie die beiden Grove-Verbindungskabel mit den I2C-Anschlüssen der Grove-Hutplatine. Verwenden Sie vorzugsweise die Anschlüsse, die sich in der Nähe des Kamerakabels befinden. Dies erleichtert die nachträgliche Nutzung des HDMI-Anschlusses. (siehe Bild des Grooveboards Draufsicht - blaues Rechteck)

Schritt 7: #Hardware - Bau des Stapels in das Gehäuse

Teile:

• Der Montagestapel aus Schritt 6
• Gateway_body 3D-Druck
• 3 x lang M2.5
• 1 x M3

Anweisungen:

1. Überprüfen Sie, ob die Micro-SD-Karte in den Raspberry Pi eingesteckt ist.
2. Setzen Sie den Luftstaubsensor in das 3D-Druckgehäuse ein und befestigen Sie ihn mit der M3-Schraube.
3. Bevor wir den Stapel einfügen. Führen Sie das Kamerakabel und die beiden I2C-Grow-Verbindungskabel durch den unteren Schlitz im Gehäuse.
4. Setzen Sie den Pi-Stack in das Gehäuse ein.
5. Schieben Sie die Kabel seitlich nach unten, damit sie nicht im Weg sind.
6. Stellen Sie sicher, dass sich keine Drähte vor dem Micro-USB- und dem HDMI-Anschluss befinden.
7. Sichern Sie den Stapel mit drei M2,5-Schrauben durch die großen Löcher in der Vorderseite.

Schritt 8: #Hardware - Dragino LoRa Shield

Teile:

• Die Montage aus Schritt 7
• Dragino LoRa-Schild
• 4 x kurze M2,5-Schrauben

Anweisungen:

1. Installieren Sie die Antenne vor dem Dragino LoRa-Schild. (noch nicht ganz festziehen!)
2. Setzen Sie den Dragino LoRa-Schild oben auf das Grove-Hut-Board ein. Richten Sie die Stifte aus und drücken Sie sie ganz nach unten.
3. Befestigen Sie die Platine mit den vier M2,5-Schrauben.

Schritt 9: #Hardware - Backcover

Teile:

• Die Montage aus Schritt 8
• Gateway_Rückseite
• 2x M3-Schrauben

Anweisungen:

1. Schieben Sie die Einsätze des Backcovers in das Gehäuse und drücken Sie es nach unten.
2. Befestigen Sie das Backcover mit zwei M3-Schrauben.

Schritt 10: #Hardware - LoRa Gatway einrichten

Teile:

• Die Montage aus Schritt 9
• Peripherie: Bildschirm (HDMI) / Tastatur / Maus
• Micro-USB-Netzteil

Anweisungen:

1. Verbinden Sie den Raspberry mit einem HDMI-Kabel mit einem Bildschirm.
2. Schließen Sie eine Maus oder Tastatur an den USB-Anschluss an.
3. Stecken Sie das USB-Stromkabel zuletzt in den Raspberry Pi. Es sollte jetzt hochfahren.

Schritt 11: #Software - LoRa Gatway einrichten - Erster Start von Raspberry Pi

Anweisungen:

1. Sie sehen den Setup-Bildschirm. Folgen Sie den Anweisungen auf dem Setup-Bildschirm.
2. Wählen Sie Ihr Land / Netzwerk / Tastatureinstellung
3. Am Ende wird nach Updates gesucht und diese installiert. Bitte haben Sie etwas Geduld, dies kann einige Minuten dauern.

Schritt 12: #Software - LoRa Gatway einrichten - Ether Adresse für TTN abrufen

Anweisungen:

1. Öffnen Sie ein Terminal auf dem Raspberry Pi.
2. Geben Sie > ifconfig wlan0 ein:
3. Sie können die Etheradresse des Pi sehen. (zB: b5:23:eb:fc:55:d4)
4. Notieren Sie dies, da Sie es beim Einrichten des Gateways in TTN benötigen.

***Randnotiz***

Weitere detaillierte Setup-Informationen zum Dragino PG1301 finden Sie im Benutzerhandbuch (Seite 7):

Git-Link naar de pdf

Schritt 13: #TTN - Registrieren / Einloggen

Das Things Network bietet eine Reihe offener Tools und ein globales, offenes Netzwerk, um Ihre nächste IoT-Anwendung zu niedrigen Kosten zu erstellen, die maximale Sicherheit bietet und skalierbar ist.

* Wenn Sie bereits ein Konto haben, können Sie diesen Schritt überspringen

Anweisungen:

1. Melden Sie sich bei The Things Network an und erstellen Sie ein Konto
2. Folgen Sie den Anweisungen auf der TTN-Website.
3. Melden Sie sich nach der Registrierung in Ihrem Konto an
4. Gehen Sie zu Ihrer Konsole. Sie finden es im Dropdown-Menü Ihres Profils (siehe Bild)

Schritt 14: #TTN - Erstellen Sie ein Gatway auf dem TTN

Anweisungen:

1. Klicken Sie in der Konsole auf TTN auf Gateway.
2. Klicken Sie oben rechts auf Gateway registrieren, um ein neues Gateway-Gerät auszuwählen. (siehe Bild - rotes Quadrat)
3. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen "Ich verwende die Legacy-Paketweiterleitung". (siehe Bild - grünes Quadrat)
4. Füllen Sie die Gateway-EUI aus, indem Sie die Ether-Adresse vom Pi verwenden. Konvertieren Sie Ihre Adresse wie in diesem Beispiel b5:23:eb:fc:55:d4 => B523EBFC55D4FFFF (siehe Bild - grünes Rechteck) Das "FFFF" wird hinzugefügt, um es zu einer eindeutigen 8-Byte-EUI zu machen.
5. Wählen Sie Ihren Frequenzplan (z. B.: Europa - 868 MHz für Europa)
6. Wählen Sie Ihren Router (zB: ttn-router-eu für Europa)
7. Zeigen Sie Ihren Standort auf der Karte an. (Optional)
8. Kreuzen Sie das richtige Kästchen an, drinnen oder draußen.
9. Klicken Sie unten auf der Seite auf die Schaltfläche Gateway registrieren

Schritt 15: #Software - LoRa Gatway einrichten - Schnittstellenoptionen

Anweisungen:

1. Geben Sie im Terminal > sudo raspi-config. ein
2. Wählen Sie Schnittstellenoptionen
3. SPI auswählen und aktivieren
4. Kamera auswählen und aktivieren
5. Wählen und aktivieren Sie I2C

Schritt 16: #Software - LoRa Gatway einrichten - LoRaWAN Packet Forwarder herunterladen und installieren SPi. aktivieren

Anweisungen:

1. Geben Sie im Terminal > wget https://www.dragino.com/downloads/downloads/LoRa_Gateway/PG1301/software/lorapktfwd.deb. ein
2. Dadurch wird die Paketweiterleitung von Dragino Server auf RPI heruntergeladen.
3. Geben Sie im Terminal > sudo dpkg -i lorapktfwd.deb. ein

Schritt 17: #Software - LoRa Gatway einrichten - Gateway-ID, Frequenzband und Serveradresse konfigurieren

Anweisungen:

1. Gehen Sie nach der Installation zu etc/lora-gateway/ und öffnen Sie local_conf.json
2. Fügen Sie zwischen den geschweiften Klammern diesen Abschnitt unten hinzu:

"gateway_ID": "B523EBFC55D4FFFF",

"server_address": "router.eu.thethings.network",

"serv_port_up": 1700,

"serv_port_down": 1700

3. Ändern Sie die Gateway_ID in die Gateway_ID, die Sie zum Einrichten des Gateways im TTN verwendet haben. (mit dem "FFFF")

4. Speichern Sie das Dokument.

Schritt 18: #Software - LoRa Gatway einrichten - LoRa-Netzwerk starten

Anweisungen:

1. Im Terminaltyp >
2. sudo systemctl stop lorapktfwd
3. sudo systemctl start lorapktfwd
4. sudo systemctl aktivieren lorapktfwd
5. Dies startet die Paketweiterleitung neu und stellt sicher, dass die Weiterleitung mit Raspberry Pi startet. Jetzt ist Ihr LoRa-Gateway aktiv.
6. Sie sollten innerhalb weniger Minuten auf TTN die Statusaktualisierung auf "verbunden" sehen.

Schritt 19: #Software - Gateway einrichten - Sensor / Kamera - Installieren (optional)

Anweisungen:

1. Überprüfen Sie, ob Python 3 auf Ihrem Raspberry Pi installiert ist. Im Terminaltyp => python3
2. Wenn Sie Python 3 nicht haben, befolgen Sie diese Installationsanweisungen:
3. type => sudo apt update
4. type => sudo apt install Python3 Idle3
5. Jetzt sollten Sie Python 3 haben. Bitte überprüfen Sie es erneut mit dem ersten Schritt.

Kamera / I2C / SPI aktivieren: (Sie haben dies möglicherweise bereits im LoRa-Setup getan)

1. Im Terminaltyp => sudo raspi-config
2. Gehen Sie zu Schnittstellenoptionen.
3. Kamera aktivieren
4. I2C aktivieren
5. SPI aktivieren

Installieren Sie folgende Bibliotheken: (geben Sie diese Befehle in das Terminal ein)

1. sudo apt-get update

sudo apt-get install libatlas-base-dev

2. pip3 installiere numpy
3. pip3 installiere opencv-python
4. pip3 scikit-image installieren

pip3-Installationszeitplan

5. pip3 installiere getmac
6. pip3 installieren adafruit-circuitpython-bme680
7. pip3 installieren adafruit-circuitpython-tsl2561
8. pip3 RPI. GPIO installieren

Schritt 20: #Software - Gateway einrichten - Sensor / Kamera - Skript ausführen (optional)

Anweisungen:

1. Laden Sie das Python-Skript "mumo.py" von github herunter: Github-Link
2. Platzieren Sie den Code auf Ihrem Desktop.
3. Öffne ein Terminal und tippe > sudo nano /etc/xdg/lxsession/LXDE-pi/autostart
4. Kopieren Sie diese Zeile an das Ende der Datei > @lxterminal -e python3 /home/pi/Desktop/mumo.py
5. Speichern Sie die Datei und schließen Sie sie.
6. Jetzt wird das Skript beim Neustart automatisch gestartet.
7. Öffnen Sie den Code.
8. Wechseln Sie zu Ihrem URL-Endpunkt. (wohin die Daten auf Ihrem Backend-Server gesendet werden)

Schritt 21: #Hardware - Sensorerweiterung (optional)

Teile:

• Die Montage aus Schritt 9
• Sensorkörper
• Sensor_Kappe
• Digitaler Lichtsensor (kleiner Sensor)
• BME680-Sensor (langer Sensor)
• 4 x M2x5-Schrauben
• 4x M3-Schrauben

Anweisungen:

1. Führen Sie die beiden I2C-Groove-Verbindungskabel durch das Loch der sensor_cap.
2. Verbinden Sie den BME680 Sensor und den digitalen Lichtsensor mit dem I2C Grove Verbindungskabel.
3. Setzen Sie den BME680-Sensor und den digitalen Lichtsensor in das sensor_body-Teil ein und befestigen Sie ihn mit vier M2x5-Schrauben. Sie müssen das Kabel biegen, um die Sensoren an ihren Platz zu bringen, also seien Sie vorsichtig!
4. Schieben Sie die sensor_cap auf das Sensorgehäuse, um es zu schließen.
5. Die Kappe mit zwei M3-Schrauben am Gehäuse befestigt.
6. Befestigen Sie die Sensor-Aufsatzbaugruppe mit zwei M3-Schrauben an der Vorderseite des Gateways. (siehe Bild - Roter Kreis)
7. Die Groove-Kabel sind wahrscheinlich zu lang. Schieben Sie sie in das Sensorgehäuse.

Schritt 22: #Hardware - Kameraerweiterung (optional)

Teile:

• Die Montage ab Schritt 10
• Kameramodul (mit M2,5 Schrauben)
• Kamera_Körper
• Kamera_cap
• 4x M3-Schrauben

Anweisungen:

1. Setzen Sie die Kamera und einen Lichtaufsatz in das camera_cap-Gehäuse und befestigen Sie es mit den vier M2,5-Schrauben vom Kameramodul.
2. Zum Einlegen des Kamerakabels müssen wir den schwarzen Plastikhalter aus dem Anschluss heben.
3. Stecken Sie das Kamerakabel so ein, dass die blaue Fläche zur Kamera zeigt. (siehe Bilder)
4. Schieben Sie den Kamerakörper auf die Baugruppe
5. Fixierte die camera_cap mit zwei M3-Schrauben am camera_body.
6. Montieren Sie die Kamera-Add-On-Baugruppe mit zwei M3-Schrauben an der Unterseite des Gateway-Gehäuses (siehe Bild - roter Kreis)
7. Schieben Sie das überstehende Kabel in das Gehäuse.

Schritt 23: #Hardware - Bug Trap-Erweiterung (optional)

Teile:

• Die Montage aus Schritt 11
• Trap_Frame
• Insektenfallenpapier - klebriges Papier
• 2x M3-Schrauben

Anweisungen:

1. Platzieren Sie das Trap_Frame-Teil oben auf dem Kameragehäuse. Die Falle bietet etwas Platz für das USB-Netzkabel des Gateways, überprüfen Sie daher die Bilder für die richtige Ausrichtung.
2. Mit zwei M3-Schrauben an der linken und rechten Seite des Kameragehäuses befestigen.
3. Führen Sie Ihr (60 x 75) mm großes Insektenpapier in den Schlitz der Falle ein. Es gibt zwei Schlitze, in der vorderen und hinteren Richtung. Es hängt davon ab, wie Sie das Gateway positionieren.
4. Das USB-Stromkabel kann zwischen die offene Struktur des Fallenteils geflochten werden.

Schritt 24: #Hardware - Gateway montieren

Das Gateway ist mit vielen Optionen ausgestattet, um das Gateway zu montieren.

Wir haben zwei Schraubenschlitze, an denen das Gateway aufgehängt werden kann.

Wir haben auch Kabelbinderrillen, damit Sie das Gateway einfach an alles befestigen können.

Schritt 25: #Hardware - Unterschiedliche Ausrichtungen

Das Gateway ist modular aufgebaut, sodass Sensoren und Kamera in unterschiedlichen Ausrichtungen montiert werden können. Sie können auch eigene Komponenten erstellen und diese zum Setup hinzufügen.