Одна из интересных технологий «интернета вещей» — сети LoRa. В интернете очень мало информации о нём описаны. Восполнит пробел не получится у меня, но свои 5 копеек я вставлю. 
Что же такое лора?
Это технология связи на большие (Long Range) расстояния, запатентованная компанией Semtech, и реализованная в их чипах SX1272, SX1276, SX1278 LoRa это протокол низкого уровня, поверх которого могут реализовываться более высокоуровневые протоколы, например LoRaWAN. Особенность стандарта LoRa — это передача небольших пакетов данных с невысоким энергопотреблением. По заверениям производителя, дальность на открытом воздухе может достигать 10км, а время работы от батареи может составлять несколько лет. Рабочие частоты зависят от страны, и составляют 433 или 868МГц (EU-версия) или 915МГц (USA-версия). В реальности эти цифры очень сильно отличаются от заявленных. Для практической проверки дальности один из модемов был оставлен в квартире у окна, второй был подключен к Raspberry Pi и вынесен на улицу. В некоторых источниках обещается дальность в городских условиях порядка 3км. Результат увы, не так хорош: на практике, при максимальной мощности и антенне на 868МГц, сигнал полностью глушится уже примерно через 3 многоквартирных дома. Разумеется на открытых местах дальность выше, но стоит «завернуть за угол», как сигнал весьма быстро пропадает. В общем, результат 3км в городе наверное можно получить разве что если разместить антенну на телебашне, реально можно рассчитывать в лучшем случае на 300м. Но и это не так плохо, учитывая небольшую мощность передаваемого сигнала.
Ну вкратце о самом esp32 модуле:
Сам контроллер включает в себя esp32, oled дисплей и модуль lora на 433мГц Wi-Fi 802.11 bgn до 150 Мбит/с 4 MAC интерфейса AMPDU Bluetooth Поддержка BR/EDR/LE Поддержка передатчика и класса 1 и класса 2 CPU Двухъядерный Xtensa LX6 до 400DMIPS До 600DMIPS при напряжении ядра 1.2 В Размер кода на 15% меньше 6 уровней прерываний Внутренняя RAM для пользовательского ПО 500kB, 200kB для пользователей Flash 4 МБ пространства Настраиваемое отображение таблицы для OTA Внутренне LDO для внешней Flash 1.8 В/3.3 В Поддержка отключения питания Flash во время «глубокого сна» SD/eMMC/SDIO Host да SPI 4 GPIO 32 UART 2 с DMA LED PWM поддерживается аппаратно, 16 каналов, таймеры 20 bit, работающие на тактовой частоте 80 МГц 13bit точности при 1 кГц 15bit точности при 250 Гц Motor PWM Pluse-counter аппаратно Удалённое управление поддерживается аппаратно Таймер 2 таймера 32 bit и 2 таймера 64 bit 1 RTC-таймер 48 bit Сторожевой таймер (watchdog) 2 системных Watchdog и 1 RTC watch dog ADC 16 каналов, 12 bit, поддержка аналогового усилителя Low Noise Analog Amplifier DAC 2 канала, 10 bit 32k Crystal поддержка для режимов «сна» Датчик сенсора поддерживается, 10 каналов Датчик температуры да Шифрование Flash поддерживается аппаратно E-fuse 1 kB, записывается пользователем, включая MAC-адреса AES поддержка AES-128, AES-192 и AES-256 стандарта FIPS PUB 197 SHA поддержка SHA-1, SHA-256, SHA-384 и SHA-512 стандарта FIPS PUB 180-4 Восстановление памяти в RTC 8Kbyte, выполняется по инструкции ULP-сопроцессор поддержка контроля датчиков в режиме «глубокого сна»
От теории к практике
Увлекся я случайно всякими микроконтроллерными штучками, но сам не программист. А желание изучать огромное. Заказал себе esp32+lora для попытки связать гараж с домом. Заранее прошу прощения за качество фото.
Так как сам кодить не могу, то я обратился к конструктору Макса, на wifi-iot.com Собрал там прошивки для двух устройств, пока в данном варианте только сбор показаний с датчика bmp-180(температура+ давление). 
Arduino и LoRa: подключаем модуль SX1278 (Ra-02) к Arduino
Автор: Mike(admin) от 25-02-2019, 11:15
Ожидается, что к 2020 году в мире будет 25 миллиардов устройств, подключенных к Интернету. Это более чем в три раза больше население Земли. С учетом того, что концепции Интернета вещей (IoT) и Четвертой промышленной революции (Industry 4.0) реализуются весьма успешно, это, скорее всего, произойдет. У нас уже есть несколько беспроводных протоколов, таких как BLE, Wi-Fi, сотовая связь и т. д., но эти технологии не были идеальными для сенсорных узлов Интернета вещей, поскольку им необходимо было передавать информацию на большие расстояния без использования большого количества энергии. Это привело к появлению технологии LoRa, которая может выполнять передачу на очень большие расстояния с низким энергопотреблением.
Так же как и модули ESP становятся синонимами для приложений Wi-Fi, эта технология LoRa также обладает калибром для построения обширной сети. Ранее мы создавали много проектов IoT с использованием ESP8266 и Arduino, здесь, в этой статье, мы узнаем о LoRa и о том, как использовать ее с платформой разработки Arduino.
Что такое LoRa?
Термин LoRa означает Long Range. Это беспроводная технология радиочастот, представленная компанией Semtech. Технология LoRa может использоваться для передачи двунаправленной информации на большие расстояния без больших затрат энергии. Это свойство может использоваться удаленными датчиками, которые должны передавать свои данные, просто работая на одном заряде небольшой батареи.
Сигналы LoRa при определенных условиях могут преодолевать расстояние 15-20 км и работать от батареи в течение многих лет. Помните, что LoRa, LoRaWAN и LPWAN – это три разных термина, и их не следует путать друг с другом.
Особенности сетей LoRa
В любом стандартном IoT-решении, предназначенном для управления складом или мониторинга объектов на местах, в полевых условиях будут развернуты сотни узлов датчиков, которые будут отслеживать жизненно важные параметры и отправлять их в центр для обработки. Но эти датчики должны быть беспроводными и работать от небольшой батареи, чтобы они были портативными. Стандартные беспроводные решения могут передавать данные на большие расстояния, но для этого требуется больше энергии, поэтому они не могут работать от батареи, в то время как BLE, с другой стороны, может работать с очень малой мощностью, но не может отправлять данные на большие расстояния. Так что это то, что вызывает потребность в LoRa.
Что такое Ардуино? Это свобода для изобретателяВ LoRa мы можем достичь связи на большом расстоянии, не используя много энергии, таким образом преодолевая недостатки сотовой связи, Wi-Fi и BLE. Но как это возможно? Если это так, почему BLE и сотовая связь все еще существуют?
Это потому, что LoRa имеет свои недостатки. Для достижения большого расстояния с низким энергопотреблением LoRa минимизирует пропускную способность, сеть работает при очень низкой пропускной способности. Максимальная пропускная способность для Lora составляет около 5,5 кбит/с, это означает, что вы сможете отправлять только небольшое количество данных через LoRa. Таким образом, вы не можете отправлять аудио или видео с помощью этой технологии, она отлично работает только для передачи меньшего количества информации, например показаний датчиков.
Многие сравнивают LoRa с Wi-Fi или Bluetooth, но эти два протокола не стоят рядом с LoRa. Bluetooth используется для передачи информации между двумя устройствами Bluetooth, а Wi-Fi используется для передачи информации между точкой доступа (маршрутизатором) и станцией (мобильной точкой). Но технология LoRa изначально не была изобретена для передачи данных между двумя модулями LoRa.
Вы можете думать о LoRa как о сотовой связи. Сигнал от одного узла LoRa достигает другого узла через шлюз (Gateway) LoRa, как показано на рисунке ниже.
Затем эти шлюзы передают информацию в Интернет и, наконец, конечному пользователю через интерфейс приложения. Точно так же данные от пользователя достигнут узла через сетевой сервер и шлюз.
Узел LoRa обычно работает от батареи и состоит из радиомодуля и микропроцессора. Микропроцессор используется для считывания данных от датчика и отправки их в эфир через радиомодуль, который затем принимается шлюзом LoRa. Шлюз LoRa также имеет радиомодуль и микропроцессор, но обычно работает от сети переменного тока, так как им требуется больше энергии. Один шлюз LoRa может прослушивать несколько узлов LoRa, в то время как один узел LoRa также может отправлять информацию на несколько шлюзов, таким образом информация от узла будет приниматься шлюзом без потери. Когда идентификатор информации отправляется от узла к шлюзу, он называется восходящей линией связи, а когда он отправляется от шлюза к узлу, он называется нисходящей линией связи.
LoRa подпадает под категорию LPWAN, где LPWAN обозначает глобальную сеть с низким энергопотреблением. Не только LoRa может работать в LPWAN, но у нас также есть другие технологии, такие как узкополосный IoT (NB-IOT), Sigfox и т. д., которые могут работать в той же концепции LPWAN. После внедрения технологии LoRa потребовался определенный набор протоколов, которым должны следовать все производители, поэтому был создан альянс LoRa, который затем представил LoRaWAN. LoRaWAN – это модифицированная форма LPWAN, которая определяет протокол использования LoRa на физическом уровне для отправки и получения данных между узлами, шлюзами и Интернетом.
LoRa SX1278 и Arduino
Пожалуй, достаточно теории. Попробуем построить такую сеть (или ее малую часть) самостоятельно и проверить, как она работает. Помните, что было сказано, что два модуля LoRa не могут общаться друг с другом? Что ж, это была небольшая ложь … да, протокол LoRaWAN не позволяет осуществлять связь между двумя модулями LoRa, но есть метод, называемый методом Radio Head Packet Method, который действительно следует протоколу LoRaWAN, но позволяет нам общаться с использованием двух модулей LoRa. Итак, давайте использовать два модуля LoRa и две платы Arduino для отправки данных с одной платы и получения их с другой. Мы будем использовать Arduino Uno на стороне передатчика и Arduino Nano на стороне приемника.
Модуль LoRa, который мы здесь используем, это SX1278 Ra-02, который работает на частоте 433 МГц. Модули LoRa бывают разных частотных диапазонов, наиболее распространенными из которых являются 433 МГц, 915 МГц и 868 МГц. Частота, с которой работает ваш модуль, будет указана на задней панели модуля. Также вы можете купить LoRa как модуль или просто чип. Если вы планируете приобрести только чип, убедитесь, что ваши навыки пайки хорошие, так как это сложная задача – припаять провода к чипу LoRa (как это видно ниже).
ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИСледующая важная вещь, которую нужно иметь в виду – это антенна. Помните, что модуль LoRa нужно обязательно использовать только с антенной, иначе выходная мощность передачи повредит модуль. Мы используем модуль Lora 433 МГц, поэтому антенны также рассчитаны на 433 МГц.
Передающая сторона – соединение LoRa SX1278 с Arduino UNO
Для передающей стороны мы будем использовать Arduino UNO с нашим модулем LoRa. Принципиальная схема подключения Arduino UNO к LoRa приведена ниже.
Модуль LoRa имеет 16 контактов с 8 контактами на каждой стороне. Из этих 16 контактов шесть используются выводами GPIO в диапазоне от DIO0 до DIO5, а четыре для заземления. Модуль работает при напряжении 3,3 В и, следовательно, контакт 3,3 В на LoRa подключен к контакту 3,3 В на плате Arduino UNO. Затем мы подключаем вывод SPI на LoRa к выводам SPI на плате Arduino, как показано выше. Вы также можете использовать таблицу ниже, чтобы убедиться, что соединение установлено правильно.
Мы использовали соединительные провода, чтобы установить соединение между Arduino UNO и модулем LoRa. Конструкция выглядит примерно так, как показано ниже. Вся установка может питаться от аккумулятора, чтобы сделать ее портативной для проверки диапазона.
Принимающая сторона – соединение LoRa SX1278 с Arduino Nano
Для принимающей стороны мы будем использовать Arduino Nano с модулем LoRa. Вы можете использовать любую плату Arduino, которая у вас есть, для передатчика и приемника, но убедитесь, что вы подключили их соответствующим образом. Принципиальная схема подключения Arduino Nano к LoRa приведена ниже.
Принцип подключения почти не меняется, за исключением одного тонкого изменения. Вывод 3.3 В модуля LoRa питается не от Arduino Nano, а от внешнего стабилизатора 3.3 В. Это связано с тем, что встроенный регулятор Arduino Nano не может обеспечить достаточный ток для работы модуля LoRa. Кроме этого изменения, прочите соединения остаются прежними.
Для подключения была использована макетная плата, как показано на следующем изображении.
Подготовка Arduino IDE для беспроводной связи LoRa
Как только оборудование будет готово, мы можем перейти к Arduino IDE. Для работы с модулем LoRa с использованием Arduino у нас уже есть хорошо организованная библиотека LoRa от Sandeep Mistry. В этой статье мы просто включим библиотеку в нашу Arduino IDE и будем использовать примеры скетчей с небольшими изменениями, чтобы наши модули LoRa могли обмениваться данными между собой.
Чтобы добавить библиотеку, откройте Arduino IDE и следуйте перейдите Sketch — Include Library — Manage Libraries. Затем найдите «LoRa Radio», найдите библиотеку, созданную Sandeep Mistry, и нажмите «Установить». Подождите, пока установка завершится, и вы должны увидеть что-то вроде этого.
Датчики давления Arduino bmp280, bmp180, bme280Теперь перезапустите Arduino IDE и откройте программу-пример LoRa, используя File — Example — LoRa, а затем откройте и LoRa Receiver, и LoRa Sender Program, как показано ниже.
Обе программы также приведены в самом низу статьи. Программа Sender отправляет «hello» каждые 5 секунд с увеличением значения счетчика. Затем получатель получает это и печатает в последовательном мониторе со значением RSSI.
Одна важная строка, где вы должны внести изменения – это функция LoRa.begin(). По умолчанию программа имеет «LoRa.begin(915E6)», то есть модуль LoRa работает на частоте 915 МГц. Это нормально, если ваш модуль на самом деле 915 МГц, но в нашем случае он работает на частоте 433 МГц, поэтому нужно изменить значение на LoRa.begin(433E6). Аналогично, частота должна быть изменена и в программе Receiver. Как только программы готовы, загрузите код в соответствующие платы, убедившись, что соединения установлены правильно и антенна подключена к модулю LoRa.
Как только программа загружена, откройте последовательный монитор обеих плат Arduino. Последовательный монитор отправителя должен показывать значение, которое отправляется, пока получатель его получит, отображать его на своем последовательном мониторе. Экран должен выглядеть примерно так
Вы также должны заметить значение RSSI каждого сообщения, полученного модулем LoRa. Термин RSSI означает индикатор уровня принятого сигнала. Значение всегда будет отрицательным, в нашем случае оно составляет около -68. Чем ближе это значение к нулю, тем сильнее уровень вашего сигнала. Например, если мы разнесем оба устройства далеко друг от друга, уровень сигнала будет уменьшаться.
Код Arduino для работы с LoRa модулями SX1278
Код передающей части:
#include <spi>clude <lora> unter = 0; void setup() { Serial.begin(9600); while (!Serial); Serial.println("LoRa Sender"); if (!LoRa.begin(433E6)) { Serial.println("Starting LoRa failed!"); while (1); } LoRa.setTxPower(20); } void loop() { Serial.print("Sending packet: "); Serial.println(counter); // send packet LoRa.beginPacket(); LoRa.print("hello "); LoRa.print(counter); LoRa.endPacket(); counter++; delay(5000); } </lora></spi>Код приемной части:
#include <spi>clude <lora> void ) { Serial.begin(9600); while (!Serial); Serial.println("LoRa Receiver"); if (!LoRa.begin(433E6)) { Serial.println("Starting LoRa failed!"); while (1); } } void loop() { // try to parse packet int packetSize = LoRa.parsePacket(); if (packetSize) { // received a packet Serial.print("Received packet '"); // read packet while (LoRa.available()) { Serial.print((char)LoRa.read()); } // print RSSI of packet Serial.print("' with RSSI "); Serial.println(LoRa.packetRssi()); } } </lora></spi>В© digitrode.ru
Версия для печати    Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.    Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,    Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие. —> Вернуться14393—> 2В
Категория: Микроконтроллеры и микропроцессоры, Статьи, Интерфейсы
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Комментарии:
Оставить комментарийПостоянные читатели моего журнала наверное знают что я испытываю определенную слабость к различным технологиям радиосвязи, для этого достаточно ознакомиться с записями по тегу «радио». Сегодня расскажу о новой многообещающей технологии передачи данных по радиоканалу. 
Что же такое LoRa?Это технология связи на большие (Long Range) расстояния, запатентованная компанией Semtech, и реализованная в их чипах SX1272, SX1276, SX1278. Более подробно можно почитать здесь. Кому лень читать — перечислю основные ключевые особенности LoRa:1. Очень высокая чувствительность приемника (до -148 дБм)2. Применение технологии расширения спектра в сочетании с упреждающей системой коррекции ошибок, восстанавливающей искаженные биты данных, позволяет повысить отношение сигнал/шум и обеспечить работу в условиях импульсных помех. Демодулятор LoRa может работать при входном сигнале, ниже уровня собственных шумов, вплоть до -20 дБ.3. Высокая селективность приемника4. Низкое энергопотреблениеДанные особенности позволяют организовать каналы связи на относительно большие, измеряемые километрами, расстояния, при использовании весьма небольшой разрешенной мощности передатчика (10…100 мВт).Для экспериментов я заказал вот такие радиомодули RA-01(02)
Внутри модуля находится трансивер SX1278 и некая схема обвязки, которую производитель не предоставляет в открытый доступ. По всей видимости, это изделие является клоном более распространенного модуля Hope RF RFM96W. Соответственно, сделал под них небольшие платы и проверил работоспособность
Так выглядит общение модулей друг с другом при стандартных настройках — в эфир идут короткие импульсы. Рабочая частота: 433.9 МГцПолоса: 125 кГцSF: 128 
Максимальная измеренная мощность передатчика (она задаётся программно) составила 63 мВт (18dBm). После того как проверил работоспособность, решил еще немного постараться и сделал примитивные корпуса для переноски и испытаний изделий на местности.
Таким образом удалось проверить связь в условиях относительно прямой видимости на дальности 1.5 км — приемник находился на подоконнике квартиры, передатчик в другом здании возле окна. Уровень принимаемого сигнала (RSSI): -102 dBmПри переносе передатчика вглубь здания изредка принимались отдельные пакеты данных.Аппаратно — программная частьПонятно, чтобы организовать связь с различными устройствами нужно иметь какой-нибудь высокоуровневый протокол связи. Вариантов пока не так много, я нагуглил всего два решения — LoRaWAN и MySensors:LoRaWAN — это открытый протокол для высокоемких (до 1 000 000 устройств в одной сети) сетей с большим радиусом действия и низким энергопотреблением, который LoRa Alliance стандартизировал для малопотребляющих глобальных сетей (Low Power Wide Area Networks, LPWAN). LoRaWAN сеть организована как сеть типа звезда и включает различные классы (А, B и C) узлов для оптимизации компромисса между скоростью доставки информации и сроком работы при батарейном питании. Протокол обеспечивает двустороннюю связь с шифрованием для всех классов устройств. Архитектура протокола разрабатывалась в том числе и для того, чтобы легко найти мобильные объекты для отслеживания передвижений – наиболее быстрорастущим направлением приложений интернета вещей (Internet of Things, IoT). LoRaWAN разрабатывается с возможностью применения в общенациональных сетях крупных операторов связи и LoRa Alliance стандартизирует LoRaWAN с учетом совместимости и взаимодействия с глобальными операторами связи.Как понимаете, это довольно «навороченный» и «тяжелый» протокол, рассчитанный на применение крупными операторами связи. Тем не менее, в цивилизованном мире имеется сеть The Things Network, это открытое сообщество, пользователи которого могут создавать, регистрировать устройства и концентраторы, экспериментировать с тем как все это работает, и т.д. Энтузиасты покупают за свои, в общем-то не малые, деньги многоканальные радиоконцентраторы LoRaWAN (шлюзы), подключают конечные («узловые») устройства и транслируют данные в сеть, таким образом все это оборудование становится частью большой глобальной сети.MySensors — полная противоположность LoRaWAN. Это простой и «легкий» открытый протокол для домашней автоматизации и «интернета — вещей». Из хорошего — поддерживает самые распространенные радиомодули, такие как NRF24L01, RFM69 и RFM9X(LoRa). Протокол постоянно совершенствуется — на данный момент последняя стабильная версия 2.2.0. Так же как и LoRaWan, MySensors имеет топологию «звезда» с поддержкой радиоретрансляторов.Для работы по протоколу MySensors устройствам требуется шлюз, с которым они будут взаимодействовать. Шлюз собирают на различном оборудовании, подробнее об этом здесь. По сути шлюз — это контроллер с радиомодулем, который общается с устройствами пользователя.Я создал шлюз на базе дешевого одноплатного компьютера Orange PI Zero и радиомодуля RA-02
Код с пояснениями есть у меня на гитхабчике.
Чтобы потестировать систему, написал простой код для тестового приемопередатчика на базе arduino. Устройство формирует специальный тестовый пакет (heardbeat), шлюз откликается. Далее замеряется уровень принимаемого сигнала и выводится в терминал.Ну и самое вкусное — тест на максимальную дальность двухсторонней связи при стандартных настройках трансиверов. Для теста подключил шлюз к серьезной стационарной коллинеарной антенне, о которой рассказывал ранее.Мобильное устройство с ноутбуком на борту перемещалось на автомобиле. В условиях прямой видимости и определенной зашумленности LPD-диапазона, удалось получить дальность связи 7.3 км. Уровень принимаемого сигнала (RSSI): -93 dBm.Думаю, это далеко не предел. Существуют еще программные возможности увеличения чувствительности, правда, в ущерб скорости передачи данных. 
В связи с вышеизложенным интересует следующий вопрос — как думаете, если разработать еще один высокоуровневый протокол любительского уровня с поддержкой большого количества конечных устройств, шлюзов и радиоретрансляторов для расширения покрытия сети, было бы это кому нибудь интересно? Таким образом можно было бы создать простую и дешевую любительскую радиосеть большого радиуса действия с возможностью управления своими устройствами через сеть Интернет, а так же получения разнообразной телеметрии с них. С горечью признаю что радиолюбительство в нашей стране вымирает как класс, в то время как в других странах все происходит с точностью до наоборот. Помимо классической аналоговой голосовой связи, идут активные эксперименты с различными, новыми и не очень, технологиями цифровой радиосвязи — APRS, DMR, D-Star… Может хотя бы нелицензируемая LoRa сможет придать новый импульс отечественному радиолюбительскому движению?
Используемые источники:
- https://mysku.ru/blog/taobao/62489.html
- http://digitrode.ru/computing-devices/mcu_cpu/1863-arduino-i-lora-podklyuchaem-modul-sx1278-ra-02-k-arduino.html
- https://vladikoms.livejournal.com/114226.html
Загрузка...
ЦВЕТОМУЗЫКА НА ARDUINO
Подключение GSM модуля SIM800L к Arduino - 2150692.ru
Дубликатор домофонных ключей (iButton) на Arduino Uno
Гирлянда на адресных светодиодах ws2812b и arduino