Arduino Lora 物联网搭建:基于 NiceRf LoRa1276

物联网(IoT)现在已经演变成:更便宜,变得更小,变得更节省电力,同时更渴望传达几年前不可能的“事物(things)”。 今天,像 GSM 和 WiFi 这样的技术最适用于这项数据传输的任务,但有其缺点:

  • GSM,3G,LTE:高成本、通信需要流量计划、高能耗
  • WiFi,蓝牙:低距离覆盖(建筑内几十米)能耗高!

为了克服以前这些技术的缺点,已经提出新的协议 LPWAN(Low Power Wide Area Network,低功耗广域网),并且它具备以下的一些特征:

  • 面向具有低数据量和零星通信的设备
  • 低功耗,电池供电设备可以工作多年
  • 在建筑物,地下室,工业箱等内,无广范围地发送和接收数据

现在有一堆新的技术拥有同样的我,如 LoRa,LTE-MTC,RPMA,UNB 等。

LoRa联盟(由 CISCO,IBM,SEMTECH,MICROCHIP 等公司发起)旨在为具有区域,国家或全球覆盖的电池供电设备制定无线通信标准。 LoRa的主要优点是使用 ISM(工业,科学和医疗)频谱带,所以每个人都可以创建自己的 LPWAN,而不需要支付特许权使用费或频谱费用,只要符合国家规定。

步骤1:所需组件

以下是这个项目所需组件的列表,价格绝对最低!如果你在某处找到便宜的东西,请给我留言!

  • NiceRF SX1276 LoRa RF 无线模块
  • 低功耗 Arduino nano V3 克隆板
  • 3.3V 至 5.0V 的信号电平转换器
  • 3.3V 低压差稳压器
  • 高性能(Eneloop)可充电 AA 电池
  • 4节 AA 电池座

步骤2: NiceRF LoRa1276

有很多制造商的 LoRa 兼容模块,所使用的都是 SEMTECH 芯片,它可以确保不同制造商的模块之间更好的互操作性。这里使用的模块是由 NiceRF 制造的 LoRa1276。这些模块的成本约为 20 美元(包括全球运送),并集成了SX1276芯片。制造商声明的视距范围为 10 公里,城市环境为 1公里,发射功率为120mW。由于垫片之间的距离(1.27毫米)与标准面包板(2.54毫米)不兼容,模块的包装并不友好,而是需要制作具有创意的自制适配器。

模块中嵌入的 SX1276 芯片能够工作在 100MHz~1050MHz。然而,该芯片需要 RF 输入/输出引脚和天线之间的一些外部元件。为了最小化组件负载和设计复杂性,集成商将一些无源和有源组件(电容器,电感器,RF开关)组成一个匹配网络,只有在较小的频率范围内才能有效运行。由于不是所有国家都允许使用相同的 ISM 频段,所以有不同版本的模块可以在不同的ISM频段(a,b,c,d)中工作,以符合当地的无线电频谱规定。在此示例中,使用915Mhz版本。

步骤3:Lora 1276和Arduino

与模块的通信是通过 SPI 协议进行的,这里使用的是 Arduino Nano(克隆版)进行搭建的。除了SPI信号外,该模块还需要处理附加信号。由于该模块使用的是 3.3V 电压 ,而 Arduino Nano 是 5V,因为 Arduino 和 SX1276 之间需要进行一些信号电平转换。 如果您的零件箱中没有信号电平转换芯片,则可以使用电阻器制作分压器,并以最低速度同 SPI 配合使用。

该模块可以作为发射器和接收器工作,但不能同时使用两者。示例代码基于 NiceRF 提供的示例。该模块可以工作在不同的模式:

  • 调制: OOK、FSK 和 LoRa
  • 错误检测和纠正: FEC 和 Cheksum
  • 电源模式: 低功耗模式(用于电池供电设备)和全功率模式。
  • 干扰抑制:多Chirp和扩散因子

在提到的例子中,使用了最高的功率和灵敏度设置,并以下列方式工作:

  • 发送器周期性地发送消息,在每个数据包里发送一个 LED 开关换的指令
  • 接收器正在监听消息,如果接收到一个 LED 开关的指令将不会报错;如果检测到错误,则另一个不同的 LED 将被开或者关;这是测试设备范围的一种非常简单的方法——将发射机放在固定的位置,移动接收机。当接收器接收到不良消息,或者在预期的时间间隔内完全没有收到消息。

该软件只是一个例子,但可以扩展到一个更强大的系统

步骤4:结论

在这个例子中,将线切割成 1/4 波长(915MHz)作为天线。 使用更好的设计天线,在建筑物屋顶更高的位置,或者在城市环境中可以获得更远的距离。

该模块仅提供最y底层的 OSI 模型层,由用户选择已经开发的通信堆栈,或根据自己的需要自己完成。

为了测试接收机的最大灵敏度(和最长的传输范围),温度补偿晶体振荡器(TCXO)是强制性的。而我们所使用的模块仅结合了低成本晶体。

所示的示例不是将设备与互联网完全通信,而向 Arduino 添加以太网模块,则是一项相对简单的任务。

原文链接:http://www.instructables.com/id/Internet-of-Things-IoT-Using-NiceRf-LoRa1276-and-A/

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