LoRa Radio Node v1.0 – 868 MHz (ATmega328P;RFM95/SX1276)

Leírás

A LoRa Radio Node v1.0 868 MHz – ATmega328P + RFM95/SX1276 egy olyan önálló rádiós vezérlőpanel, amelyen az Arduino-világból jól ismert ATmega328P (nano/pro mini 3v3 8MHz) és a 868 MHz-es RFM95 LoRa rádió egyetlen panelen került összeépítésre. Nem kell külön Arduino és külön rádiós modul köré építeni a végpontot: a mikrovezérlő, a rádiós rész, a tápellátás és néhány használható I/O eleve együtt van.

Az ATmega328P központi chip 8 MHz-en, 3,3 V-os logikával működik, és Arduino Pro Mini 8 MHz/3,3 V környezetben programozható. Ez különösen szenzoros, telemetriai és időszakosan adatot küldő rádiós végpontoknál praktikus, ahol egy egyszerű AVR vezérlő teljesítménye elegendő, de a rádiós kapcsolatnak nagyobbnak kell lennie a WiFi vagy Bluetooth tipikus projektkörnyezeténél.

A döntő körülmény itt a 868 MHz-es RFM95/SX1276 rádió és a 3,3 V-os rendszer. A panel nem 5 V-os Arduino Uno, és a LoRa rádió jelenléte önmagában még nem jelent automatikus LoRaWAN működést. Közvetlen LoRa csomagküldéshez és LoRaWAN végpontként is használható, de a két üzemmódhoz más-más szoftveres felépítés tartozik.

Fontos! Az első komolyabb buktató LoRaWAN esetén a DIO1 jel. A v1.0 panelen ezt a J3 átkötésen keresztül kell D5-re kapcsolni az olyan LMIC konfigurációkhoz, amelyek használják a DIO1 megszakítást. Ez az a részlet, amelyen egy egyébként hibátlan program is el tud akadni (DIO1 – INT).

Hogyan épül fel?

A panel akkor jó választás, amikor nem pusztán egy LoRa rádiómodult keresel, hanem magát a rádiós végpontot szeretnéd egy kis AVR vezérlő köré építeni. Az ATmega328P futtatja a mérési, vezérlési és kommunikációs programot, az RFM95 pedig az SPI buszon keresztül végzi a 868 MHz-es rádiókommunikációt.

Ez a felépítés érzékelő végpontoknál különösen kényelmes. Egy I2C szenzor, néhány analóg vagy digitális jel és a rádió egyetlen vezérlőn kezelhető, miközben a panelen már ott van a 14500-as LiPo cella helye is.

Mi ez egy mondatban? A LoRa Radio Node v1.0 868 MHz – ATmega328P + RFM95/SX1276 egy 3,3 V-os, Arduino Pro Mini környezetben programozható AVR rádiós végpont 868 MHz-es LoRa kommunikációhoz.

Így működik a gyakorlatban

Az ATmega328P és az RFM95 közötti rádiós kommunikáció SPI-n történik. Közvetlen LoRa adatátvitelhez használható például az Arduino LoRa könyvtár: ez SX1276/77/78/79 alapú rádiókat, köztük az RFM95 családot támogatja. Ez a könyvtár nyers LoRa csomagokat kezel, nem LoRaWAN hálózati réteget.

LoRaWAN használatnál LMIC alapú program kerülhet az ATmega328P-re. A panel bevált kiosztásában az RFM95 chip select D10, reset D9, DIO0 D2, a J3-on bekötött DIO1 pedig D5. A J3 tehát nem dísz a panelen: LoRaWAN vételi ablakoknál és megszakításkezelésnél tényleges szerepe van.

A program feltöltéséhez 3,3 V-os FT232RL/CP2102 vagy hasonló USB-soros illesztő használható. Az Arduino környezetben a megfelelő alapbeállítás az ATmega328P, 3,3 V, 8 MHz-es Pro Mini (old bootloader / new bootéoader beállítás is szükséges).

Milyen helyzetekben használható?

• Távoli hőmérséklet-, páratartalom- vagy környezeti érzékelő adatainak időszakos továbbítására.
• Akkumulátoros telemetriai végpont készítésére, ahol csak rövid adatcsomagokat kell elküldeni.
• Saját LoRa pont-pont kapcsolat kialakítására két vagy több kompatibilisen konfigurált rádió között.
• LoRaWAN kísérleti végpont építésére LMIC szoftverrel és 868 MHz-es hálózattal.
• Mezőgazdasági vagy kerti mérőpontok vezérlőjeként, ahol a szenzoradatot nem helyben, hanem rádión kell továbbítani.
• Oktatási és fejlesztési feladathoz, ahol külön vizsgálható az AVR program, az SPI rádiókezelés és a LoRa kommunikáció.
• Egyszerű digitális vagy analóg állapotok távoli továbbítására az A0/A1 és D3/D4 kivezetések használatával.

Mire kell figyelni beüzemeléskor?

Kiválasztás előtt ezek számítanak

A 868 MHz-es frekvencia nem csereszabatos a 433 MHz-es kiadással. Ha egy meglévő rendszerhez kerül a panel, a másik rádiónak vagy a LoRaWAN infrastruktúrának ugyanazt a frekvenciasávot kell használnia.

A második döntési adat a 3,3 V-os rendszer. Az ATmega328P ezen a panelen nem a megszokott 5 V/16 MHz-es Uno környezetben fut, hanem 3,3 V-on és 8 MHz-en.

Számít a rendelkezésre álló programmemória is. Az ATmega328P 32 KB Flash és 2 KB RAM kapacitása egyszerű érzékelős vagy LoRa feladathoz jól kezelhető, egy nagyobb LoRaWAN stack és több összetett könyvtár mellett viszont már szűkös erőforrás lehet.

A 14500-as akku tartó hasznos része a panelnek, de az akkumulátor kiválasztásánál az adási áramfelvétel is számít. Nagy adóteljesítménynél a rádió áramfelvétele rövid időre erősen megnőhet. A modul nem tartalmaz beépített akkutöltőt!

Amikor nem ez lesz a jó megoldás

• Nem ezt a változatot kell választani, ha a rendszer 433 MHz-en kommunikál.
• Nem jó kiindulópont, ha WiFi, Bluetooth vagy közvetlen IP hálózati kapcsolat szükséges.
• Nem erre való, ha hangot, videót vagy folyamatos nagy adatsebességű adatfolyamot kell rádión továbbítani.
• Nem szerencsés választás olyan programhoz, amelynek az ATmega328P 32 KB Flash és 2 KB RAM erőforrása kevés.
• Nem helyettesít önmagában egy LoRaWAN gatewayt. LoRaWAN hálózathoz külön gateway és hálózati infrastruktúra szükséges.
• Nem használható úgy, mintha 5 V-os Arduino Uno lenne: a panel logikai rendszere 3,3 V-os.
• Nem célszerű a 433 MHz-es RFM98/SX1278 kiadással összekeverni, még akkor sem, ha a PCB és a kereskedői megnevezés nagyon közelinek látszik.

Egy részlet, amin sok múlhat

LoRaWAN próbánál először nem a hálózati kulcsok körül keresném a hibát, hanem a rádió lábkiosztásánál és a tápellátásnál. Ennél a v1.0 panelnél a DIO1-J3-D5 kapcsolat ismert gyakorlati pont, és arra is van dokumentált példa, hogy a programozóról táplált panel rádióadáskor nem működött stabilan, akkumulátoros tápról viszont igen.

A másik apróság a D13 LED. Ugyanez a láb az ATmega328P hardveres SPI órajelének része, ezért aktív rádiókommunikáció mellett nem szabad egyszerű státusz-LED-ként kezelni.

Műszaki jellemzők

Dokumentáció

• LoRa Radio Node v1.0 dokumentáció és példakód – GitHub – IOT-MCU
• Arduino LoRa könyvtár – GitHub
• First steps with LoRa Radio Node – disk91
• LoRa Radio Node v1.0 gyakorlati beüzemelés – The Things Network
• IOT-MCU – LoRa-Radio-Node-v1.0 mintakód és kapcsolás

Csomag

• 1 db LoRa Radio Node v1.0 868 MHz – ATmega328P + RFM95/SX1276 alaplap
  868 MHz antennát tartalmazza