Sterownik modułu LoRa SX1278 dla mikrokontrolera STM32

Komunikacja bezprzewodowa dla urządzeń Internetu Rzeczy staje się coraz bardziej powszechna. Jednym z standardów, który można wykorzystać w IoT jest LoRa. Standard ten charakteryzuje się stosunkowo niskim zużyciem energii oraz bardzo dużym zasięgiem.



Powyżej możecie zobaczyć moduł SX1278 wraz z płytką deweloperską wyposażoną w mikrokontroler STM32F103C8T6. Zachęcam do przetestowania zaprezentowanego rozwiązania. Aby to uczynić potrzebne są dwa takie zestawy. Jeden z nich pracuje jako Slave, który nasłuchuje dane oraz Master, który z kolei je wysyła.



Powyżej znajduje się przykład wykorzystania API sterownika. Z racji tego, że firmware dla Mastera, jak i Slave jest identyczny wybór trybu pracy jest dokonywany poprzez ustawienie portu PB2.

Sam moduł wygląda jak na poniższym zdjęciu


Do testów zostały do niego dolutowane przewody. Sam moduł może być z powodzeniem przylutowany na docelową płytkę. W tej wersji modułu wymagane jest doprowadzenie do niego zewnętrznej anteny. Dostępne są również moduły, które mają złącze U.fl i w ten sposób pozwalają na dołączenie anteny zewnętrznej.

Osoby zainteresowane zapraszam do szerszego zapoznania się z opisem konstrukcji na moim blogu. Jest tam również dostępny kod źródłowy samego sterownika, jak i kompletny przykład.

Na jakiej częstotliwości pracują moduły, jakie zasięgi udało się uzyskać?

LoRa to sprytna modulacja, może warto zrobić krok do przodu i spróbować sił w LoRaWAN, może gdzieś w pobliżu nasłuchuje bramka np. z otwartych projektów typu TTN?

Moduły pracują na 433MHz. Samego zasięgu nie testowałem na długich dystansach, ale spodziewam się dobrych rezultatów.

Planuję owe moduły LoRy wykorzystać w projekcie pokroju IoT, ale pewnie na LoRaWAN także przyjdzie czas. Swoją drogą, wydaje mi się, że we Wrocławiu istnieje kilka bram; chyba nawet o tym czytałem tutaj, to jest na elektrodzie.

LoRaWAN w Polsce pracuje zwykle w paśmie 868MHz, ale bram niestety jest bardzo mało.
Bramy nasłuchują równolegle na wielu kanałach i są niestety znacznie droższe niż moduły RF klientów.
Jakie parametry transmisji ustawiłeś (współczynnik SF itp.) ?

Dostępna są również wersje tego modułu pracujące na innych częstotliwościach. Producent transceiverów, firma Semtech, produkuje układy SX1276/77/78/79, które bez problemu powinny współpracować z sterownikiem. W zależności od modelu układ może pracować w wybranym paśmie:



Parametry transmisji są następujące:
moc = 17dBm,
SF = 8,
bandwidth = 20.8kHz.

Czy miałbyś może możliwość przetestować maksymalny zasięg?
Tak z czystej ciekawości, niestety producent nie chwali się osiągami.

Tak, mam to w planach. Wynikami na pewno się podzielę.

Temat ciekawy, ale wg mnie to za mało na DIY. Z tego co pamiętam z regulaminu nie powinno to wyglądać w ten sposób, że tu wrzucamy streszczenie, a reszta materiałów łącznie z kodem na innej stronie. To raczej na reklamę modułu LoRa, a może raczej Twojego bloga wygląda.

Moduły z RFM RFM95W-868S2 są prawdopodobnie odpowiednikiem zastosowanych modułów LoRa i tak jak większość polskich bramek działają w paśmie ISM868.
Również jestem zainteresowany wynikami pomiarów zasięgu.

y0yster napisał:

Standard ten charakteryzuje się stosunkowo niskim zużyciem energii oraz bardzo dużym zasięgiem.

To jaki w Twoim projekcie jest pobór prądu?

Odnośnie ciekawych modułów dostępne są jeszcze od Microchipa RN2483 (pracują w 433 oraz 868) i kompatybilne RN2903 (915MHz) - te raczej w naszych warunkach mało przydatne. Choć ciekawe z punku widzenia projektu który ma działać również np. w USA.

Teraz dlaczego moduły uznaję za ciekawe... W środku poza SX1276 mamy procesor PIC18LF46K22 który możemy wykorzystać do własnych celów. Dostępny jest kod LoRaWAN. Bez problemu pod moduły podpinamy się PicKitem czy innym programatorem.

Więc w niektórych zastosowaniach cała elektroniką (poza układem zasilania i ewentualnie układem wejść/wyjść) będzie gotowy moduł.

Same moduły standardowo można używać komunikując się za pomocą portu szeregowego... (choć to bardziej zaleta dla tych co chcą prostej obsługi).

Wiem że te moduły nie są najtańsze ale jeśli wystarcza nam zawarty w środku PIC to oszczędzamy na PCB jak i dokładaniu kolejnego procesora - mając praktycznie niemal gotowe urządzenie.

Również podobne rozwiązanie (moduł + MCU) ma ST.

Odnośnie wszelkich pomiarów i testów... Kiedy je przeprowadzę podzielę się wynikami na forum.

y0yster napisał:

Również podobne rozwiązanie (moduł + MCU) ma ST.

Można coś więcej w tym temacie ? Prawdę mówiąc jak rozglądałem się za modułami znalazłem produkt Muraty (CMWX1ZZABZ) czyli SX1276 + STM32L0. Niestety z dostępnością trochę gorzej, a raczej z kosztem przesyłek (digikey lub mouser).
Prawdę mówiąc wolał bym inny procek niż PIC (bo nie przepadam za tymi mikrokontrolerami). Wspomniane od ręki dostępne są w TME lub JM (może jeszcze w innych firmach).

Jeszcze tak odnośnie samych sieci LoRaWAN w zastosowaniach IoT itp. tutaj jest zaleta że możemy budować własne bramy. Nie ma co ukrywać że o ile obecnie możemy liczyć gdzieniegdzie na jakieś darmowe to prędzej czy później zostanie to skomercjalizowane więc wymagać będzie dodatkowych opłat.

Chyba mówimy o tym samym, czyli o produkcie Muraty:

Link

y0yster napisał:

Chyba mówimy o tym samym, czyli o produkcie Muraty:

Link

A no dokładnie to te moduły...

szymon122 napisał:

Czy miałbyś może możliwość przetestować maksymalny zasięg?
Tak z czystej ciekawości, niestety producent nie chwali się osiągami.

Powiem tak tutaj jest jak z każdym radiem. Wszystko zależy od wielu czynników takich jak wybrana szybkość transmisji, zastosowane anteny, ukształtowanie terenu, propagacja. Więc nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Sama modulacja ukierunkowana jest na teoretycznie duży zasięg kosztem szybkości transmisji. Natomiast różne testy zasięgu można znaleźć w sieci, sama specyfikacja LoRa podaje też teoretyczne zasięgi (ale o nich raczej można zapomnieć bez sensownych anten itd.).

Przykładowo filmiki odnośnie wspomnianych przez kolegę modułów od ST można zobaczyć tutaj:

http://stm32.eu/2017/09/27/lora-testy-zasiegu...wego-b-l072z-lrwan1-stm32l072-sx1276-czesc-2/

Sporo modułów opartych jest właśnie o układy SX... więc w innych będzie to wyglądać zapewne tak samo (jak ktoś nie spierniczył sekcji RF na PCB).

@czasnagli z określeniem poboru prądu może być problem, o ile spoczynkowy prąd uda się łatwo określić to podczas transmisji może to być dość impulsowa charakterystyka poboru mocy, albo dobry multimetr albo przetwornik I->U i oscyloskop do obserwacji charakterystyki?

@tplewa ja myślę że Microchip pójdzie dalej i niebawem zaprezentuje moduł LoRa bez SX1272 a oparty wyłącznie o swoje rozwiązania i oczywiście mikrokontroler na pokładzie do wykorzystania...

@And!

Dokładnie pobór prądu jako taki jest za zwyczaj podawany dla kilku trybów standby/rx/tx. Finalnie to o co nam chodzi czyli np. ile moduł będzie pracował na baterii zależy od naszego firmware. Czyli np. jak często transmitujemy dane itd.

Co do Microchipa to bardzo możliwe bo mocno promują LoRa. Na chwile obecną potrzebowałem modułów do projektu więc wybrałem to co jest dostępne od reki i ma dobre wsparcie od strony producenta (oszczędza to czas,a co za tym idzie finalnie koszty projektu). W kilku miejscach potrzebowałem właśnie prostej logiki więc moduł z procesorem tak samo zmniejsza koszty projektu.

Zresztą to wszystko zależy jak podchodzimy do projektu czy hobbystycznie czy komercyjnie. W hobby możemy sobie pozwolić na zabawę, w komercji minimalizujemy koszty developmentu jak i finalnej produkcji Jak ktoś ma czas to może sobie zrobić własne PCB z układem SX... + jakiś mikrokontroler... ale tutaj mamy już PCB pod RF czyli trochę więcej czasu do poświęcenia aby to dobrze zrobić.

Mi osobiście podobają się produkty Chińskiej firmy RAK. Jest tego trochę na Ali -keyword: "LoRa RAK". Sam zamówiłem dwa moduły z STM32L151. Kusi mnie zamówić ich nakładkę na Raspberry Pi do budowy gatewaya, ale jak na razie szkoda mi kasy.

@tplewa czy mógłbyś zaprezentować uzyskane efekty w DIY, lub relację/przemyślenia z projektu w artykułach?

@vayo chodzi o bramkę "udawaną" jednokanałową, czy "prawdziwą" 8 kanałów?

vayo napisał:

Mi osobiście podobają się produkty Chińskiej firmy RAK. Jest tego trochę na Ali -keyword: "LoRa RAK". Sam zamówiłem dwa moduły z STM32L151. Kusi mnie zamówić ich nakładkę na Raspberry Pi do budowy gatewaya, ale jak na razie szkoda mi kasy.

Z tym że jak już tutaj zostało wspomniane brama najlepiej jak by pracowała na wielu kanałach, więc tutaj raczej w grę wchodzi własny projekt (niestety moduły które widziałem nie pozwalają na taką pracę). Niestety taki projekt to trochę większe koszta (ale nie jakieś straszne). Z drugiej strony patrząc na te moduły to ile to wykonać PCB na złącze RB PI... od biedy da się to na uniwersalnej zrobić.

And! napisał:

@tplewa czy mógłbyś zaprezentować uzyskane efekty w DIY, lub relację/przemyślenia z projektu w artykułach?

Niestety projekt jest komercyjny... ale niedługo trochę prototypów będzie zainstalowanych na terenie Warszawy więc jak zbiorę trochę danych spokojnie będę mógł opisać jak to się sprawdza w praktyce...

No właśnie, jeżeli projekt komercyjny to zamiast opisu w DIY można zaprezentować się w artykułach materiałem o bardziej swobodnym przekazie, bardziej relacja i wnioski z projektu opartego o LoRa(WAN) niż opis samego urządzenia.

And! napisał:

No właśnie, jeżeli projekt komercyjny to zamiast opisu w DIY można zaprezentować się w artykułach materiałem o bardziej swobodnym przekazie, bardziej relacja i wnioski z projektu opartego o LoRa(WAN) niż opis samego urządzenia.

Myślę że z tym nie będzie problemu, sam zresztą jestem ciekaw jak to się sprawdzi w praktyce. Prawdę mówiąc LoRa nie była nawet brana na początku pod uwagę, jakoś samo tak wyszło że może warto się tym zainteresować. Dodam że projekt z firmy w której pracuję związany z bezpieczeństwem na drogach....

And! napisał:

@vayo chodzi o bramkę "udawaną" jednokanałową, czy "prawdziwą" 8 kanałów?

No niestety, tylko jeden kanał. Całość oparta jest o SX1301 i 2x SX1257

tplewa napisał:

Powiem tak tutaj jest jak z każdym radiem. Wszystko zależy od wielu czynników takich jak wybrana szybkość transmisji, zastosowane anteny, ukształtowanie terenu, propagacja. Więc nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Sama modulacja ukierunkowana jest na teoretycznie duży zasięg kosztem szybkości transmisji. Natomiast różne testy zasięgu można znaleźć w sieci, sama specyfikacja LoRa podaje też teoretyczne zasięgi (ale o nich raczej można zapomnieć bez sensownych anten itd.).

Mi chodzi o konkretny moduł a nie o specyfikację standardu...
I wcale nie pytam o jakąś dokładną wartość, chciałbym jedynie wiedzieć czy będzie to 500m, 5km czy 15km a może więcej? W LoRa dużej prędkości chyba nie potrzeba, to przeważnie są krótkie paczki danych, nikt obrazu strumieniować raczej nie będzie

szymon122 napisał:

tplewa napisał:

Powiem tak tutaj jest jak z każdym radiem. Wszystko zależy od wielu czynników takich jak wybrana szybkość transmisji, zastosowane anteny, ukształtowanie terenu, propagacja. Więc nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Sama modulacja ukierunkowana jest na teoretycznie duży zasięg kosztem szybkości transmisji. Natomiast różne testy zasięgu można znaleźć w sieci, sama specyfikacja LoRa podaje też teoretyczne zasięgi (ale o nich raczej można zapomnieć bez sensownych anten itd.).

Mi chodzi o konkretny moduł a nie o specyfikację standardu...
I wcale nie pytam o jakąś dokładną wartość, chciałbym jedynie wiedzieć czy będzie to 500m, 5km czy 15km a może więcej? W LoRa dużej prędkości chyba nie potrzeba, to przeważnie są krótkie paczki danych, nikt obrazu strumieniować raczej nie będzie

No to jasno napisałem że tutaj największy wpływ mają inne czynniki, a sporo modułów to gotowe układy SX na których zrealizowana jest część modulacji i RF... więc tuaj wielkiej rozbieżności nie będzie (w porównaniu do całej reszty czynników).
Z dobrymi antenami kierunkowymi + umieszczenie na sporej wysokości poleci zapewne i 10km (albo i więcej), a w innych warunkach z kiepskimi antenami i trudnym terenie może i będzie tylko 500m. Nie wspominając już o tym ile można spierniczyć złym dopasowaniem anteny czy kiepskim projektem PCB na którym umieścimy moduł (np. pakujące się "śmieci" z innych układów)...

W podanym linku ma kolega jakieś testy i można wyciągnąć jakieś wnioski jak wpływa np. na zasięg zwiększenie szybkości transmisji (konfiguracja modułów) itd.
Tylko trochę chęci aby to przeczytać... bo nikt tutaj nie pisze o strumieniowaniu obrazu tylko możliwości konfiguracji tych modułów która też ma wpływ na zasięg...

Niestety z w.cz. to jest tak że nie da się jakoś określić, to że ja będę miał zasięg np. 1km nie znaczy że kolega osiągnie u siebie to samo (nawet używając tych samych modułów i tych samych anten)... Przykładowo robiąc link z antenami kierunkowymi wpływ będzie miała też strefa Fresnela, tłumienie na przewodach antenowych itd.

Sam jestem ciekawy jak to będzie działać w praktyce na terenie miasta dlatego będziemy robić testy z których i tak zapewne nie określi się jaki jest zasięg bo nie będzie to jednoznaczne aby powiedzieć tyle i tyle km. Raczej będą jakieś wnioski jakie można uzyskać w mieście pokrycie przy zastosowaniu różnych anten czy wysokości instalacji oraz jak wpływa gęstość zabudowy oraz inne czynniki...

Kolejna sprawa wybierając np. pasmo 433 należy się liczyć z większym "śmietnikiem" w paśmie. Pracują tutaj piloty od alarmów samochodowych, bram czy nawet bezprzewodowe dzwonki do drzwi itd. więc to też nie jest bez znaczenia...

Wracając do podanego linku w tabelce ma kolega że na tych samych modułach w zależności od konfiguracji i terenu uzyskano od 408m do 8350m... Napisano też o tym jak można poprawić te wyniki...

Generalnie tematy nie są łatwe i nie da się tego uprościć tak jak kolega tego chce (aby określić 500m, 5km czy tam 15km) dlatego producent też się tym nie chwali Podaje pewne parametry które trzeba umieć interpretować (mieć jakieś pojęcie o w.cz.) - podawanie zasięgu mija się po prostu z celem. Przykładowo kolega zastosuje kiepskie chińskie złącza SMA do anten i to już może też diametralnie zmienić zasięg...

Nie wspominając już o tym jak wpływa samo trzymanie anteny pod różnymi kątami.
Tutaj np. można sobie podpiąć taką antenkę pod analizator antenowy i zobaczyć jak diametralnie zmieniają się jej parametry (co ma też ogromny wpływ na zasięg).

Reasumując jak kolega się przyłoży do tematu to zapewne jest szansa uzyskać spory zasięg w sprzyjających warunkach.. jak podejdzie do tematu po łebkach zapewne efekty nie będą zbyt zadowalające i sam moduł będzie tutaj najmniej winny...
Mając pojęcie o tym co się robi osiągnie się lepsze rezultaty na kiepskim module niż z brakiem wiedzy stosując nawet moduł o lepszej czułości i większej mocy - ot niestety taka smutna prawda.

Jest dostępny na rynku jakiś analizator wektorowy (VNA) który można nabyć w przyzwoitej kwocie i nadający się do strojenia anten w pasmie do 1GHz ? Niestety smutna prawda jest taka, że większość ludzi podpina "jakąś" antenę do "jakiejś" płytki i liczy, że będzie ok. Jednak bez dobrego sprzętu nie da się tego jakkolwiek pomierzyć (przynajmniej nie na 433 / 868MHz). Metoda pośrednia to analizator widma i sprzęgacz kierunkowy (możemy zmierzyć SWR), ale dopasowania w ten sposób już nie zrobimy.

Libelium, które oferuje komercyjne moduły LoRa, podaje zasięg ok 1km w warunkach miejskich. Dla LOS twierdzą, że osiągneli 21km, ale brak szczegółów dotyczących setupu na jakim był przeprowadzony test.

http://www.libelium.com/extreme-range-wireles...through-buildings-in-city-lora-868mhz-915mhz/

Dodano po 10 [godziny] 54 [minuty]:

@y0yster Czy sterownik będzie działał zmodułem RF96 HopeRF?

vayo napisał:

And! napisał:

@vayo chodzi o bramkę "udawaną" jednokanałową, czy "prawdziwą" 8 kanałów?

No niestety, tylko jeden kanał. Całość oparta jest o SX1301 i 2x SX1257

Po przeczytaniu posta https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=16815632#16815632 zagłębiłem się w datasheet SX1301 i faktycznie obsługuje osiem kanałów na raz.

@bvr Wydaje się, że RF96 HopeRF jest kopią SX1276. Opisywany sterownik powinien działać z SX1276/77/78/79 po małych poprawkach.

@bvr Istnieje bramka firmy MatchX, o której wspomniał @vayo, rzekomo zasięg 20 km w terenie otwartym, a 10 km w terenie zamkniętym.

Szaflik napisał:

Jest dostępny na rynku jakiś analizator wektorowy (VNA) który można nabyć w przyzwoitej kwocie i nadający się do strojenia anten w pasmie do 1GHz ?

Powiedzmy sobie tak - zależy co uznajemy za przyzwoitą kwotę To jest pojęcie bardzo względne. Przykładowo z amatorskich rozwiązań aby obskoczyć 433MHz można pokusić się o SVNA MAX 6 500 (a i jego cena może być dla wielu nie przyzwoita . Do 1GHz niestety to są już wydatki, ale mówiąc o analizatorze widma z tracking generatorem to nawet za prostego Rigola trzeba troche kasy wydać - pytanie czy takie 6kł z to przyzwoita kwota W sumie czasem można mieć szczęście i kupić coś używanego (choć dla wielu dalej to będą nieprzyzwoite kwoty).

Dobra ale nie o to tutaj w tym chodziło. Chodziło bardziej o uzmysłowienie ile czynników ma wpływ na zasięg i trudno tutaj podawać coś konkretnego.

Przykładowo teren zabudowany też może być różny... akurat robiłem testy w okolicach Dworca Zachodniego w stronę Blue City (Warszawa) i tutaj ponad 1km bez problemu - ale zabudowa w tym rejonie nie jest gęsta. Przykładowo przytoczone w testach wyżej stare miasto to całkiem inne warunki (wąskie uliczki i przy nich wysokie kamienice).

Dlatego chwalenie się zasięgiem ma średni sens o czym wspominałem. Też mogę podać jakieś zasięgi czy przyłożyć się i zrobić link na duży dystans (wyciągając maksimum jakie jest w zasięgu moich możliwości technicznych)... tylko jaki to ma sens (jedynie chyba marketingowy) ?

Jedyne co można powiedzieć że w przypadku modułów LoRa za sprawą stosowanej modulacji itd. możemy uzyskać na pewno o wiele większe zasięgi niż na innych popularnych modułach radiowych stosowanych do tej pory (kosztem szybkości transmisji co było wspomniane). Natomiast cała reszta będzie uzależniona od wielu innych czynników (choć by propagacji w dniu testów).