Einführung von LoRa™!: Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

LoRa™ = Long Range Wireless Data Telemetry und bezieht sich auf einen radikalen VHF/UHF-2-Wege-Wireless-Spreizspektrum-Datenmodulationsansatz, der kürzlich von Semtech - einem seit 1960 etablierten (1960) US-amerikanischen multinationalen Elektronikunternehmen - entwickelt und markenrechtlich geschützt (™) wurde. Siehe [1]=>

Die Technologie hinter LoRa™ wurde von Cycleo entwickelt, einem französischen Unternehmen, das 2012 von Semtech übernommen wurde. LoRa™ ist proprietär, aber es scheint eine Art "einfachere" CSS (Chirp Spread Spectrum) gepulste FM-"Sweeping Frequency"-Modulation zu verwenden, anstatt DSSS (Direct Sequence SS) oder FHSS (Frequency Hopping SS).

Auf der Website von Semtech heißt es: "Die LoRa™-Technologie bietet einen Vorteil des Linkbudgets von 20 dB im Vergleich zu bestehenden Lösungen, was den Anwendungsbereich jeder Anwendung erheblich erweitert und gleichzeitig den niedrigsten Stromverbrauch liefert, um die Batterielebensdauer zu maximieren."

Die beanspruchten Reichweiten betragen normalerweise das 10-fache von denen herkömmlicher drahtloser UHF-Datensysteme. Ja – im Vergleich zu regulären Schmalband-Daten-Setups liefert LoRa™ 100er Meter statt 10s, mehrere 1000m statt nur 100s. Magie !

LoRa™ ist etwas kompliziert, da es Begriffe verwendet und Einstellungen erfordert, die vielen "normalen" Benutzern wahrscheinlich nicht vertraut sind. Erfreulicherweise wurde es jedoch für möglich befunden, Behauptungen mit einfachen Setups zu überprüfen - hier mit gepaarten PICAXE-Mikros aus Großbritannien mit 3 US-Dollar als Controller. PICAXEs sind nahezu ideal für solche Versuche, da sie in hochgradig interpretiertem BASIC programmiert sind und jeglicher Aufwand für die Ausführungsgeschwindigkeit für die s-l-o-w LORA™-Daten nebensächlich ist! Siehe [2] => www.picaxe.com

Schritt 1: Semtechs SX127x

In den letzten Jahrzehnten und unterstützt durch billige PC-Verarbeitung wurden verschiedene intelligente digitale Modi (insbesondere von Funkamateuren) für niederfrequente HF-Arbeiten (3-30 MHz) entwickelt, bei denen Bandbreite kostbar ist. (Bandbreitenhungrige Spread-Spectrum-Modulation ist auf diesen niedrigeren Frequenzen normalerweise illegal). Einige Modi können Ozeane mit geringer Leistung (einige Watt) überspannen, sind aber langsam und benötigen eine ausgeklügelte PC-Software zum Kodieren/Dekodieren, zusammen mit sehr empfindlicher Kommunikation. Empfänger und bedeutende Antenne. Siehe [3] =>

Die VHF/UHF SX127x LoRa™ HF-ICs von Semtech beherbergen jedoch fast alles in einem intelligenten Chip in der Größe von ~ 4 US-Dollar!

* Update Anfang 2019: Semtech hat kürzlich die SX127x-Serie aktualisiert, wobei die neuen SX126x-basierten Module SEHR lohnenswert aussehen. Weitere Kommentare finden Sie am Instructable Ende.

Semtech stellt mehrere HF-IC-Varianten her, wobei der SX1278 eine niedrigere UHF-Frequenz hat, die für Benutzer des 433-MHz-ISM-Bands geneigt ist. Höhere Freq. 800-900 MHz-Angebote sprechen für professionelleres Arbeiten, obwohl bei diesen Frequenzen von fast 1 GHz eine reduzierte HF-Punch- und Signalpfad-Absorption ein Problem darstellen kann. Sub-GHz-Frequenzen haben jedoch ein geringeres Rauschen, eine gesetzlich höhere Sendeleistung und eine kompaktere High-Gain-Antenne, die dies ausgleichen kann.

Neben LoRa™.modulation (im Bild gezeigt) können SX127x-Transceiver-Module auch FSK-, GFSK-, MSK-, GMSK-, ASK/OOK- und sogar FM-Tonsignale (Morsecode!) für Legacy-Systeme erzeugen. Siehe Semtech Datenblätter (131 Seiten!) [4] => www.semtech.com/images/datasheet/sx1276.pdf

Hinweis: HOPERF, ein seit langem etabliertes chinesisches Unternehmen für drahtlose Daten, bietet LoRa™-Module mit einem "7 a side" RF96/97/98-IC an, der dem SX127x von Semtech ähnlich zu sein scheint. Es ist jedoch nicht bekannt, ob dies nur eine asiatische LoRa™ 2nd Sourcing ist…

Schritt 2: Vorteile des LoRa™-Spread-Spektrums

SS-Systeme (Spread Spectrum) sind nicht neu, aber aufgrund ihrer hohen Komplexität waren sie für viele Benutzer viel zu teuer, bis sich moderne mikroelektronische Ansätze entwickelten. Da SS-Techniken erhebliche Interferenz- und Fading-Immunität, Sicherheit und "nicht nachweisbare" Übertragungen bieten, sind sie seit langem die Domäne des Militärs - sogar bis in den 2. Weltkrieg zurück. Schauen Sie sich die erstaunliche Arbeit der Bombenschauspielerin Hedy Lamarr aus den 1940er Jahren an! [5] =>

Die wahrscheinliche Chirp-SS-Modulation von LoRa™ kann neben anderen SS-Vorteilen auch eine Immunität gegen "Frequenzverschiebungen" gegen Doppler-Effekte bieten - möglicherweise von Bedeutung bei schnell bewegenden LEO-(Low Earth Orbital)-Satellitenfunkanwendungen. Siehe [6] =>

Aber - hier auf der Erde - die größte Aufmerksamkeit entsteht aus Behauptungen von Semtech (und der Förderung vieler anderer 2014-2015 - IBM & MicroChip eingeschlossen!), dass LoRa™-Geräte mit niedrigem UHF-Spreizspektrum die Reichweiten um mindestens eine Größenordnung erhöhen (x 10) über herkömmliche NBFM (Narrow Band FM) Datenmodule unter ähnlichen Bedingungen und Setups.

Ein Großteil dieser erstaunlichen Reichweitensteigerung scheint von der Fähigkeit von LoRa zu kommen, UNTER dem Geräuschpegel zu arbeiten. Die Grundlage dafür kann darin bestehen, dass Rauschen zufällig ist (und sich daher über einen Zeitraum selbst auslöscht), während ein Signal geordnet ist (mit mehreren Abtastwerten, wodurch es "aufgebaut" wird). Siehe das Konzept auf dem beigefügten Surfbild!

Obwohl mW-Level-Sender mit sehr geringer Leistung "Geruch eines öligen Elektrons" daher machbar sein können (und batteriebetriebene Setups eine Haltbarkeit von fast Jahren haben können), besteht der Nachteil von LoRa™ jedoch darin, dass schwache Signal-Langstrecken-Verbindungen verbunden sein können mit sehr niedrigen Datenraten (<1kbps). Dies kann bei gelegentlicher IoT-Überwachung (Internet of Things) bei Anwendungen mit Temperaturen, Zählerständen, Status und Sicherheit usw.

Schritt 3: SIGFOX - Netzwerkbasierter IoT-Rivale ?

Der vielleicht nächste IoT-Langstrecken-LPWA (Low Power Wide Area)-Wireless-Konkurrent von LoRa™ ist das französische Unternehmen SIGFOX [7] =>

Im Gegensatz zu Semtechs proprietärem LoRa™ sind die Geräte von SigFox erfreulicherweise Open Source, ABER sie erfordern ein spezialisiertes Verbindungsnetzwerk. Sie werden daher, ähnlich wie Mobiltelefone, ohne SigFox-Netzabdeckung nutzlos - ein besonders aufschlussreicher Faktor in abgelegenen Regionen (oder für die vielen noch nicht bedienten Länder!). Laufende Servicegebühren oder rasanter technischer Fortschritt können ebenfalls zu einem Problem werden - Metricoms unglückseliger 900 MHz drahtloser Internetdienst "Ricochet" aus den späten 90er Jahren kommt einem in den Sinn [8] => https://en.wikipedia.org/wiki/Ricochet_% 28Internet…

SigFox-Geräte unterscheiden sich von LoRa™ durch die Verwendung von UNB (Ultra-Schmalband) 100-Hz-Funkkanälen mit BPSK-Modulation (Binary Phase Shift Keying) bei 100 bps. Sender sind ähnlich batteriefreundlich 10-25 mW, aber in den lizenzfreien 868-902 MHz-Bändern. Basisstationen auf dem Dach, die über Glasfaser usw. mit dem Internet verbunden sind, verfügen über hochempfindliche -142dBm-Empfänger. Es können Reichweiten von 10 km resultieren (daher ähnlich wie bei LoRa™) - Datenverbindungen wurden von hochfliegenden Flugzeugen und Offshore-Schiffen in der Nähe von SigFox-Basisstationen gemeldet.

Es sind jedoch nur 12-Byte-Nachrichten, begrenzt auf 6 Nachrichten pro Stunde, zulässig. Informationen kommen in wenigen Sekunden an, aber das SigFox-Netzwerk kann keine Echtzeitkommunikation wie Kreditkartenautorisierungen unterstützen, und das System eignet sich am besten für Datenschnipsel, die mehrmals täglich übertragen werden. Typischerweise können dies die Fernablesung von Stromzählern, Durchfluss- und Füllstandsüberwachung, Asset-Tracking, Notfallwarnungen oder Autoparkplätze umfassen - letzteres ein echter Vorteil!

SigFox-Netzwerke sind recht einfach und können zu einem Bruchteil der Kosten eines herkömmlichen Mobilfunksystems bereitgestellt werden. Spanien und Frankreich sind bereits mit ~1000 Basisstationen abgedeckt (gegenüber 15.000 für den Standard-Mobilfunkdienst), Belgien, Deutschland, die Niederlande, Großbritannien (über Arqiva) und Russland werden bald folgen. Auch in San Francisco laufen die Prozesse.

Sigfox baut diese Netze jedoch nicht direkt, sondern schließt Verträge mit lokalen Unternehmen ab, um den relativ einfachen Aufbau von Basisstationen und Antennen auf dem Dach zu übernehmen.. Die Einführung kann schnell und kostengünstig sein – ihr Bereitstellungspartner in Spanien gab 5 Millionen US-Dollar aus, um in nur 7 Monaten ein Netzwerk im ganzen Land bereitzustellen. Diese lokalen Partner verkaufen dann IoT-Dienste zu Endbenutzergebühren von etwa 8 US-Dollar pro Jahr und Gerät weiter.

Die Akzeptanz des SigFox-Ansatzes war dramatisch, mit einer Finanzierungsaktion Anfang 2015, die > 100 Millionen US-Dollar einbrachte. Die Wireless-Konkurrenten TI/CC (Texas Instruments/ChipCon), die kürzlich zu SigFox gekommen sind, weisen tatsächlich darauf hin, dass Lora™ Schwächen haben könnte - siehe [9] =>

Praktische SigFox-Untersuchungen waren schwer zu finden, aber siehe "Instructable" Level Insights [10] =>

Es könnte sein, dass beide Ansätze irgendwann nebeneinander existieren, ähnlich wie 2-Wege-Funkgeräte (= LoRa™) und Mobiltelefone (= SigFox) für die Kommunikation auf Sprachebene. Derzeit (Mai 2015) ist LoRa™ sicherlich DER Weg, um die Möglichkeiten der IoT-Drahtlosverbindung mit großer Reichweite zu erkunden - lesen Sie weiter!

Schritt 4: Chinesische LoRa™-Module -1

Obwohl es sich um eine EU-Erfindung handelt, wurden die SX127x LoRa™-Motoren von Semtech von chinesischen Herstellern sehr eifrig aufgenommen. LoRas Fähigkeit, blockierende Gebäude in überfüllten asiatischen Städten zu durchbrechen, war zweifellos attraktiv.

Hersteller in Chinas Mega-E-City Shenzhen (in der Nähe von Hongkong) waren besonders begeistert, mit Angeboten von "Machern" wie Dorji, Appcon, Ulike, Rion/Ron, HopeRF, VoRice, HK CCD, Shenzhen Taida, SF, NiceRF, YHTech & GBan. Obwohl sich ihre Schnittstellen-Pinouts etwas unterscheiden, scheinen die 2-Chip-"Mikro-moderierten" Module von Dorji, Appcon, VoRice & NiceRF fast wie ein Abzeichen entwickelt zu sein.

Umfangreiches Googeln wird daher für diejenigen empfohlen, die nach Großkäufen, Mustern, kostenlosem Versand, klareren technischen Einblicken, besserem Zugang zu SX127x-Funktionen/Pins, einfacherer Steuerung, geringerem Gewicht, robuster Verpackung (YTechs E32-TTL-100-Stil) usw. suchen die wie EBay, Alibaba oder Aliexpress [11] =>

Schritt 5: Chinesische LoRa™-Module - 2

Beachten Sie, dass billigere (< 10 US-Dollar) Single-Chip-Module den SX1278 über ein mühsames taktgebundenes SPI (Serial Peripheral Interface) steuern. Obwohl sie größer und teurer sind (~ 20 US-Dollar), verwenden Zwei-Chip-LoRa™-Module eine zweite On-Board-MCU (Mikrocontroller) für die SX1278-Verbindung und sind normalerweise viel einfacher zu konfigurieren und zu bearbeiten. Die meisten bieten eine transparente Datenverarbeitung nach Industriestandard TTL (Transistor Transistor Logic) über einfache RXD- und TXD-Pins. Winzige rote und blaue LEDs sind normalerweise an Bord der TTL-Module angebracht - praktisch für TX / RX-Einblicke.

HINWEIS: Bei 8-Pin-Angeboten kann ein Pin-Abstand von 2 mm anstelle der standardmäßigen 2,54 mm (1/10 Zoll) verwendet werden, was die Auswertung von lötfreien Steckplatinen einschränken könnte.

Obwohl die nahezu Verdoppelung des Preises von TTL LoRa™-Geräten entmutigend sein mag, könnten Geizhals billigere (sowohl zum Kauf als auch zum Versand) Boards ohne die SMA-Buchse und die passende "Rubber Ducky"-Antenne in Betracht ziehen. Es wird natürlich nicht so professionell sein, aber eine einfache ¼-Welle (~165 mm lang) kann leicht aus Schrottdraht hergestellt werden. Dies kann auch die Leistung der "Gummi-Ducky" -Antenne ausgleichen - besonders wenn sie erhöht ist!

Insgesamt (und wahrscheinlich schnell beeinflusst von den immer zahlreicher werdenden Angeboten) scheint Dorjis 433 MHz DRF1278DM zum Zeitpunkt des Schreibens (Mitte April 2015) der einfachste Einstieg in LoRa™ zu sein. Der eingeschränkte Zugriff auf die Pinbelegung dieses Moduls, HEX-Level-Anpassungen und die Notwendigkeit höherer Versorgungsspannungen (3,4 -5,5 V) können jedoch eine Einschränkung darstellen.

Schritt 6: Dorji DRF1278DM

Der chinesische Hersteller Shenzhen Dorji verkauft diese mikrokommandierten DRF1278DM-Module für jeweils ~ 20 US-Dollar von Tindie [12] =>

Die 7 Pins sind mit den üblichen Steckbrett-freundlichen 2,54 mm (= 1/10 Zoll) beabstandet. Es wird eine Versorgung zwischen 3,4 - 5,5 V benötigt. Die Modulelektronik arbeitet jedoch bei niedrigeren Spannungen - es gibt einen integrierten 3,2-V-Spannungsregler. Dieser höhere Versorgungsbedarf ist in der heutigen "3V" -Ära lästig, da dies zwar für USB 5V (oder sogar für sperrige 3 x AA 1,5V-Zellen) geeignet ist, aber die Verwendung einzelner 3V-Li-Knopfzellen usw. verhindert. Der Regler könnte vielleicht umgangen werden?

Schritt 7: DAC02 USB-Adapter

Zur Modulkonfiguration über die PC-Software "RF Tools" kann ein günstiger USB - TTL-Adapter (hier Dorjis DAC02) verwendet werden. Module werden beim Einsetzen jedoch mechanisch nicht unterstützt und bei wiederholter Verwendung können die Stifte strapaziert werden…

Ähnliche Adapter gibt es zu sehr niedrigen Preisen, ABER vor dem Gebrauch ist es wichtig, zuerst sicherzustellen, dass die Pin-Funktionen des Adapters denen des Wireless-Moduls entsprechen! Wenn dies nicht der Fall ist (bei üblichen VCC/GND-Swaps), müssen möglicherweise Flying Lead-Anflüge verwendet werden. Obwohl sie etwas mühsam sind, können sie auch vielseitiger sein, da sie der Konfiguration entsprechen. anderer Module (siehe HC-12-Transceiver-Setup) und sogar die direkte Anzeige des Terminalprogramms auf einem PC.

Schritt 8: USB-Konfigurationstools + SF-, BW- und CR-Einblicke

Hiermit typische Bildschirme für die benutzerfreundliche USB-Konfiguration von "RF Tools". Dorji-Module funktionierten sofort, aber die Frequenz- und Leistungseinstellungen sollten zumindest für lokale Vorschriften geändert werden. Viele Länder begrenzen die Sendeleistung von 433 MHz auf 25 mW (~14 dBm) oder sogar 10 mW (10 dBm) - dies sind die Dorji-Leistungseinstellungen 5 bzw. 3.

Das lizenzfreie ISM-Band, das einen ~1.7 MHz-Slice zwischen 433.050 - 434.790 MHz abdeckt, erlaubt auch KEINE Übertragungen auf genau 433.000 MHz !

Glücklicherweise scheint eine transparente Datenhandhabung stattzufinden, was bedeutet, dass alle seriellen Daten, die eingespeist werden, nach der Übertragung "on air" schließlich transparent und zahnlos ausgegeben werden. Allerdings sah der angebliche 256-Byte-Puffer eher nach 176 Bytes aus (CRC-Overhead?), einige Einstellungen mit dem Dorji-Tool waren schwer zu interpretieren und auch "geschriebene" Änderungen wurden nicht immer als akzeptiert gezeigt…

Laden Sie das Konfigurationstool DRF_Tool_DRF1278D.rar von Dorji (aufgeführt in der unteren RHS-Spalte "Ressourcen") über => https://www.dorji.com/pro/RF-module/Medium_power_tranceiver.htmlÜberprüfen Sie verschiedene Erkenntnisse (insbesondere S. 9 -10) in seine Verwendung und USB-Adapter usw. =>

Erklärung der LoRa™-Spreizspektrum-Begriffe: (N. B. Datenrate bezieht sich auf BW & SF)

BW (Bandbreite in kHz): Obwohl nur 10s von kHz BW ansprechend sein können, ist es wichtig zu wissen, dass billige 32-MHz-Quarze, die von vielen LoRa™-Modulen (Dorji & HOPERF usw.) verwendet werden, in der Frequenz möglicherweise nicht ganz genau übereinstimmen. Auch temperaturbedingte Driften und Alterung können auftreten. Die Auswahl schmalerer Bandbreiten kann daher eine Modulsynchronisierung verhindern, es sei denn, es werden langwierige Kristall-Optimierungen und thermische Regulierung verwendet. Obwohl chinesische LoRa™-Modulhersteller wie Dorji ein BW-Minimum von 125 kHz empfehlen, sollte für die meisten Zwecke ein schmaleres BW von 62,5 kHz ganz in Ordnung sein. Siehe die in Schritt 10 gezeigte schattierte Tabellenspalte.

SF (Spreading Factor „Chips“als Basis-2-Log): In SS-Systemen wird jedes Bit in der pseudozufälligen Binärsequenz als „Chip“bezeichnet. Eine Erhöhung von 7 (2^7 = 128 Chippulse pro Symbol) bis zur Grenze von 12 verbessert die Empfindlichkeit um 3 dB pro Schritt, aber ca. halbiert die Datenrate. Obwohl daher ein SF von 11 (2^11 = 2048) 12 dB empfindlicher ist als SF7, sinkt die Datenrate (bei 62,5 kHz BW) von ~2700 bps auf nur 268 bps. Sender mit langsamer Datenrate bleiben auch länger eingeschaltet und können daher insgesamt mehr Energie verbrauchen als Sender, die schnellere Daten senden.

Allerdings können sehr niedrige Datenraten für die gelegentliche IoT-Überwachung (Internet der Dinge) natürlich tolerierbar sein (und der erhöhte Batterieenergieverbrauch fast nebenbei), während sich die 4-fache Reichweitenerhöhung äußerst lohnen könnte!

CR (Fehlercodierungsrate): Erste britische Tests verwendeten eine CR von 4/5. (Dies bedeutet, dass alle 4 Nutzbits durch 5 Übertragungsbits codiert werden). Eine Erhöhung von CR auf 4/8 verlängert die Sendezeit um ~27 %, verbessert jedoch den Empfang um 1 bis 1,5 dBm, was einer potenziellen Reichweitenverbesserung von etwa 12 bis 18 % entspricht. Diese CR-Optimierung wird wahrscheinlich keinen so vorteilhaften Reichweitengewinn ergeben wie das Erhöhen des SF.

Die meisten neuseeländischen Versuche wurden bei 434.000 MHz, 2400 bps serielle Daten, SF7, 62,5 kHz BW und CR 4/5 durchgeführt.

Schritt 9: Direkte DRF1278DM-Konfiguration

Der DRF1278DM kann auch von einem externen Mikrocontroller konfiguriert werden – sogar von einem bescheidenen 8-Pin-PICAXE-08. Obwohl es sich um eine kryptische Base-16-HEX-Codierung handelt, ermöglicht dies eine On-Board- / On-the-Fly-Optimierung anstelle des ständigen Entfernens von Modulen und der Konfiguration des USB-Adapters. Ausführliche Informationen finden Sie auf S.7-8 im Dorji. pdf. [13] =>

Obwohl es verschiedene Schlaffunktionen bietet, können Erkenntnisse zum HEX-Level-Tweaking auch über Appcons (fast gleichartige) APC-340-Datenblätter [14] gewonnen werden =>

Dank an Kiwi Andrew "Brightspark" HORNBLOW hiermit ein PICAXE-08M2-Codefragment, um die DRF1278DM TX-Leistung in eine treppenförmige Rampe von Übertragungssignalen zu modulieren. (Für einfachere Einblicke in Reichweite/Leistung könnten diese leicht auch mit PICAXE-erzeugten Tönen am Empfängerende in Verbindung gebracht werden). Beachten Sie jedoch, dass die TX-Stufen 6 und 7 die NZ/Australien-Zulässigkeit von 25 mW (~14 dBm oder Einstellung 5) überschreiten. Andrews Erkenntnisse stammen aus der Überwachung / dem Kopieren und Einfügen der rohen Hex-Seriendaten von terminal.exe (ein hervorragendes Engineering-Tool [15] => https://hw-server.com/terminal-terminal-emulation-…) Datenflattern zu und von den Modulen, wenn der HF-Leistungspegel geändert wird.

Der Dorji-Leistungsstufenschritt = 4. Byte vom rechten Ende ($01, $02 usw.) plus das folgende CS-Byte (CheckSum $AB, $AC usw.) müssen nur optimiert werden. Beispielhafte PICAXE-Codesätze zum Ändern des Leistungspegels im laufenden Betrieb sind wie folgt:

warte 2

Serout 4, T2400, ($AF, $AF, $00, $00, $AF, $80, $01, $0C, $02, $00, $6C, $80, $12, $09, $00, $07, $00, $00, $00, $01, $AB, $0D, $0A)

Serout 4, T2400, ($AF, $AF, $00, $00, $AF, $80, $01, $0C, $02, $00, $6C, $80, $12, $09, $00, $07, $00, $00, $00, $02, $AC, $0D, $0A)

Serout 4, T2400, ($AF, $AF, $00, $00, $AF, $80, $01, $0C, $02, $00, $6C, $80, $12, $09, $00, $07, $00, $00, $00, $03, $AD, $0D, $0A)

Serout 4, T2400, ($AF, $AF, $00, $00, $AF, $80, $01, $0C, $02, $00, $6C, $80, $12, $09, $00, $07, $00, $00, $00, $04, $AE, $0D, $0A)

Serout 4, T2400, ($AF, $AF, $00, $00, $AF, $80, $01, $0C, $02, $00, $6C, $80, $12, $09, $00, $07, $00, $00, $00, $05, $AF, $0D, $0A)

Serout 4, T2400, ($AF, $AF, $00, $00, $AF, $80, $01, $0C, $02, $00, $6C, $80, $12, $09, $00, $07, $00, $00, $00, $06, $B0, $0D, $0A)

Serout 4, T2400, ($AF, $AF, $00, $00, $AF, $80, $01, $0C, $02, $00, $6C, $80, $12, $09, $00, $07, $00, $00, $00, $07, $B1, $0D, $0A)

warte 2

Schritt 10: Leistungsschätzungen und Ergebnisse

PICAXE 28X2 betriebene HOPERF 434 MHz Semtech LoRa™ basierte RFM98 Datenmodule wurden in Versuchen verwendet, die über eine 750m Verbindung in einer typischen britischen Stadtumgebung durchgeführt wurden. Die Sendeantenne war ~2½ m auf einem niedrigen Mast, der Empfänger auf einem kurzen Mast ~1½ m – beides über dem Boden. Mit einer bestätigten Reichweite von 750 m dichter städtischer Umgebung bei 10 mW TX in Großbritannien (mit 500 kHz BW und somit ~ 22 kbps), dann sehen bei 10,4 kHz BW (oder 455 bps) etwa 6 km mit Sub-mW-Leistung machbar aus!

Bestätigende Feldtests (mit Einstellungen SF7 & nur BW 62,5 kHz) wurden in Wellington (NZ) mit 3 x AA batteriebetriebenen PICAXE-08M betriebenen Dorji DRF1278DM Modulen & ähnlicher Antenne durchgeführt, aber bei Aus/NZ's "Farbblasenbildung" höher 25mW (14dBm.)) Sendeleistung. Vorstädtische Signalverbindungen, vielleicht unterstützt durch eine offenere Umgebung und Holzgebäude, wurden durchweg über 3 - 10 km hergestellt. (Wenn 6 dB Verstärkung den LoS-Bereich verdoppelt, dann 4 dB zusätzliche Leistung ~x 1½. Daher können sich die Bereiche gegenüber den implizierten britischen um das 1½-fache verbessern).

Schritt 11: Steckbrett-Layout

Ein Steckbrett-Layout (das zuvor für Dorjis "7020" GFSK-Module verwendet wurde) eignet sich für den einfachen Wechsel zum LoRa-Gerät. Die GFSK-Modulation (Gaussian Freq. Shift Keying) galt bisher als der beste 433-MHz-Ansatz, daher war es von Vorteil, die Ergebnisse der "7020"-Angebote mit den neuen LoRa-Modulen zu vergleichen.

Schritt 12: PICAXE-Schema

Sowohl der RX als auch der TX verwenden ein nahezu identisches Layout, obwohl sich ihr Code etwas unterscheidet. Obwohl natürlich ansprechend und mit PICAXE leicht zu erreichen, wurde zu diesem Zeitpunkt kein Versuch unternommen, in energiesparende Schlafmodi zu wechseln. Die Stromaufnahme aus 3 xAA-Batterien betrug ~15mA und pulsierte beim Senden auf ~50mA.

Schritt 13: PICAXE-Sendercode

Natürlich kann dieser Code umfangreich verbessert und modifiziert werden, vielleicht mit Einschwingverzögerungen und Präambeln. Derzeit spuckt es im Wesentlichen nur eine vorrückende 0-100-Zahl aus. Da der Versuch lediglich dazu gedacht war, zuverlässige Reichweitenangaben zu überprüfen, wurde weder mit Sender noch Empfänger versucht, Stromsparmodi zu aktivieren.

Schritt 14: PICAXE-Empfängercode & Anzeige

Hier ist der zugehörige PICAXE-Empfängercode mit numerischen Werten, die über das eingebaute "F8"-Terminal des Editors angezeigt werden. Das Schöne an einer einfachen Zählung ist, dass Sequenzen schnell visuell gescannt und fehlende oder sumpfige Werte leicht erkannt werden können.

Schritt 15: Benutzerfreundliche LoRa™RF-Tuning-Hilfsmittel?

Da die Einstellungen des LoRa™-Moduls schwer zu verstehen und zu überprüfen sein können, wurde es erfreulicherweise als möglich befunden, billige (und relativ breitbandige) ASK 433 MHz-Empfängermodule als einfache Abstimmungshilfen zu verwenden.

Die NZ/Aus-Verkaufsstelle Jaycar bietet ein ZW3102-Modul an, das leicht zu "Schnüffelpflichten" überredet werden kann, um der akustischen Signalüberwachung gerecht zu werden. In der Nähe (< 5 Meter) von LoRa™-Übertragungen ist das ausgehende Signal leicht als "Kratzer" zu hören, während sich die Helligkeit einer angeschlossenen LED auf RSSI (Received Signal Strength Indication) bezieht.

Ein ähnliches (und billigeres) Modul von Dorji ist in Instructable [16] =>

Schritt 16: Feldtests - Wellington, Neuseeland

Dieses Strand-Setup zeigt die früheren Tests mit Dorjis "7020" GFSK-Modulen (Gaussian Frequency Shift Keying). Die Reichweiten erreichten dann unter solchen Bedingungen ~1km und waren bestenfalls ~300m durch leichte Vegetation und die holzgerahmten Gebäude der Orte. Hafenübergreifende Verbindungen wurden nur für möglich befunden, als der Sender etwa 100 m hoch an einem Aussichtspunkt eines Adlernests auf einem Hügel dahinter deutlich erhöht war.

Im Gegensatz dazu "überfluteten" Dorjis LoRa-Module mit der gleichen Leistung von 25 mW den Vorort, wobei Übertragungen in Armhöhe (~ 2,4 m) zuverlässig bis zu ~ 3 km in der Nähe, 6 km an den "Sweet Spots" der Landzunge und sogar 10 km Oberflächen-LOS über den Hafen hinweg erkannt wurden. Erst in Buchten hinter den felsigen Landzungen (im Hintergrund sichtbar) wurde der Empfang eingestellt. Die LoRa-Einstellungen waren BW 62,5 kHz, SR 7, CR 4/5 und 25 mW (14 dBm) TX-Leistung in eine ¼-Wellen-Rundstrahlantenne.

Schritt 17: UK LoRa vs. FSK - 40km LoS (Sichtlinie) Test

Dank des in Cardiff ansässigen Stuart Robinson (Funkamateur GW7HPW) wurden FSK (Frequency Shift Keying) vs. LoRa™-Vergleichstests über eine erhöhte Distanz von 40 km über den britischen Bristol Channel durchgeführt. Siehe Bild.

Die Region ist eher drahtlos historisch, da Marconi 1897 seine ersten "Long Range" (6 - 9km mit stromhungrigen Funkensendern!) Tests in der Nähe durchführte [17] =>

Stuarts Ergebnisse sprechen für sich - LoRa™-Datenverbindungen waren im Jahr 2014 erstaunlicherweise mit einem Bruchteil der Leistung möglich, die für seine zuvor angesehenen Hope RFM22BFSK-Module benötigt wurde!

Ein PICAXE-40X2 gesteuerter RFM22B befindet sich tatsächlich immer noch in der geschätzten $50sat-Umlaufbahn, wobei schwache Bodensignale nachweisbar sind, wenn er im LEO (Low Earth Orbital) viele 100 km darüber vorbeifliegt. (LoRa™-Module waren zum Startzeitpunkt 2013 nicht verfügbar) [18] =>)

Schritt 18: Andere Regionstests

Erfolgreiche Verbindungen wurden über 22 km LoS (Line of Sight) in Spanien und mehrere km im städtischen Ungarn hergestellt.

Sehen Sie sich die Libelium-Promotion an, die die ~900-MHz-Vorteile der Technologie zeigt[19] =>

Schritt 19: LoRa-Empfänger & Links

HAB-Versuche (High Altitude Ballooning) im Vereinigten Königreich ergaben eine 2-Wege-LoRa™-Abdeckung von bis zu 240 km. Eine Verringerung der Datenrate von 1000 bps auf 100 bps sollte eine Abdeckung bis zum Funkhorizont ermöglichen, der vielleicht 600 km bei der typischen Flughöhe dieser Ballons von 6000 bis 8000 m beträgt. Ballonortung kann über das an Bord befindliche GPS erfolgen - überprüfen Sie die umfangreiche HAB & LoRa™ Dokumentation unter [20] =>

Ein LoRa-Empfänger für HAB- und zukünftige LEO-Satellitenarbeiten ist in Entwicklung - Details folgen.

Zusammenfassung: LoRa™ entwickelt sich als disruptive Technologie, insbesondere für aufkommende – und viel gehypte – IoT (Internet of Things) drahtlose vernetzte Anwendungen. Bleiben Sie auf dem Laufenden über die LoRa Alliance-Site [21] =>

Haftungsausschluss und Wertschätzung: Dieser Account ist im Wesentlichen als Vorab- / Hands-on-Untersuchung und Zusammenstellung einer scheinbar bahnbrechenden drahtlosen UHF-Datentechnologie gedacht. Obwohl ich kostenlose Muster (!) begrüße, habe ich keine kommerziellen Verbindungen zu einem der erwähnten LoRa™-Hersteller. Fühlen Sie sich frei, dieses Material "nach links zu kopieren" - insbesondere für pädagogische Zwecke -, aber Site-Credits werden natürlich geschätzt.

Hinweis: Einige Bilder stammen aus dem Internet, für die (sofern nicht angegeben) hiermit ein anerkennender Kredit gewährt wird.

Stan. SCHWAN => [email protected] Wellington, Neuseeland. (ZL2APS -seit 1967).

Links: (Stand 15. Mai 2015)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]