E32-868T30D Lora Long Range UART SX1276 SX1278 868 МГц 1 Вт

Гарантия на продукцию

Даем год гарантии на SX1276DVK1KAS. ВЧ оценочные и демонстрационные наборы производства Semtech Corporation доступны для заказа в нашей компании.

ВЧ оценочные и демонстрационные наборы SX1276DVK1KAS купить Вы можете в Зенер Электроникс с доставкой по всей России и в страны Таможенного союза.

Дополнительные варианты

Категории: Lora, Образовательные наборы, Модули, Радиомодули,

E32-868T30D Lora Long Range UART SX1276 SX1278 868 МГц 1 Вт SMA антенна IoT uhf беспроводной приемопередатчик приемник радиочастотный модуль

E32-868T30D Lora Long Range UART SX1276 SX1278 868 МГц 1 Вт SMA антенна IoT uhf беспроводной приемопередатчик приемник радиочастотный модуль

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В этом руководстве приведены основные сведения, необходимые для оценки целесообразности применения LoRa-модема в проектируемом радиотехническом изделии. Описание конструктивных параметров разбито на два раздела: в одном рассматриваются основные параметры, а в другом — дополнительные. 2. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДУЛЯЦИИ LoRa 2.1. Метод модуляции LoRa LoRa (Long Range) – это схема модуляции с расширением спектра, в которой данные кодируются широкополосными ЛЧМ-импульсами с частотой, увеличивающейся или уменьшающейся на некотором временном интервале. У этого подхода два основных преимущества: значительное повышение чувствительности приемника за счет расширения спектра и низкая критичность к расстройке по частоте между приемником и передатчиком. Чтобы лучше понять принципы проектирования радиотехнических устройств с использованием модуляции в формате LoRa, нужно вкратце рассмотреть факторы, влияющие на чувствительность приемника. 2.2. Чувствительность приёмника Чувствительность радиоприемника при комнатной температуре дается следующей формулой: 2.3. Отношение сигнал-шум и коэффициент расширения спектра Основная суть модуляции с расширением спектра заключается в том, что каждый бит данных кодируется несколькими элементами сигнала, или чипами (от англ. chip). Соотношение между скоростью передачи данных Rb и чиповой скоростью Rc (скоростью передачи элементов сигнала) для модуляции LoRa задается следующей формулой:      Здесь SF – это коэффициент расширения спектра.      SNR – это наименьшее значение отношения мощности полезного сигнала к мощности шума, при котором возможна демодуляция. Собственные преимущества метода модуляции LoRa вкупе с упреждающей коррекцией ошибок и расширением спектра позволяют значительно повысить отношение сигнал-шум. Примеры значений отношения сигнал-шум при традиционной и LoRa-модуляции приведены в таблице ниже. Чем ниже это отношение, тем чувствительнее будет приемник. Отрицательные значения указывают на возможность принимать сигнал ниже уровня собственных шумов приёмника. Ниже показано соотношение сигнал шум для различных типов модуляций      Из представления одного бита данных несколькими чипами следует, что коэффициент расширения спектра непосредственно сказывается на длительности пакета LoRa. Ниже показано, как коэффициент расширения спектра влияет на чувствительность приемника и длительность пакета при фиксированной полосе частот в 250 кГц. 2.4. Полоса частот и чиповая скорость Один из принципиальных проектных компромиссов, на который приходится идти при выборе коэффициента расширения спектра – это выбор соотношения между длительностью пакета и занимаемой полосой частот. Поскольку один бит представлен несколькими чипами, необходимо либо расширять полосу частот, передавая чипы на более высокой скорости, нежели исходные данные, либо оставлять полосу неизменной, но затрачивать больше времени на передачу информации.      Чиповая скорость потока данных с модуляцией LoRa, выраженная в чипах в секунду (чип/с), численно равняется полосе частот сигнала в герцах. Например, полоса частот сигнала LoRa, равная 125 кГц, соответствует чиповой скорости 125 кчип/с.      Формула (1) показывает, что расширение полосы частот BW из-за привнесения дополнительного шума в канал приводит к снижению чувствительности приемника. Это означает, что при заданном коэффициенте расширения спектра проектировщик может либо выбрать узкую полосу частот и максимизировать чувствительность ценой увеличения длительности пакета, либо расширить полосу и ускорить передачу, пожертвовав чувствительностью.      Для примера возьмем модем SX1272 с возможностью программной установки трех значений полосы частот – 500, 250 или 125 кГц (см. ниже). (У модема SX1276 полоса частот может устанавливаться в диапазоне от 7,8 до 500 кГц.)      Влияние полосы частот на итоговую длительность пакета и чувствительность приемника при фиксированном коэффициенте расширения спектра показано ниже в таблице 10 для пакета с 10 байтами полезных данных:      По базовым параметрам – полосе частот и коэффициенту расширения спектра, – можно быстро оценить целесообразность применения модуляции LoRa в конкретном случае. Если заключение о целесообразности положительное, то далее для оптимизации характеристик проектируемого изделия необходимо учесть ряд других конструктивных параметров. 3. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАДИОАППАРАТУРУ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДУЛЯЦИИ LoRa Помимо коэффициента расширения спектра и полосы частот, есть еще другие конструктивные параметры, которые проектировщик должен учитывать при реализации канала связи с модуляцией LoRa. Особенно они важны при оптимизации конструкции по таким параметрам, как помехоустойчивость и длительность передачи. 3.1. Упреждающая коррекция ошибок В LoRa-модеме используется одна из разновидностей упреждающей коррекции ошибок, которая позволяет восстанавливать биты данных, искаженные из-за помех. Она требует внесения небольшой избыточности, связанной с дополнительным кодированием данных в передаваемом пакете. Приведенное ниже семейство кривых демонстрирует рост устойчивости к ошибкам в присутствии исключительно теплового шума в зависимости от выбранной скорости кода.      Но реальный выигрыш от упреждающей коррекции ошибок можно получить в условиях импульсных помех. Если в канале связи ожидаются помехи такого рода, целесообразно рассмотреть возможность применения упреждающей коррекции ошибок.      В приведенной ниже таблице показано, как рост скорости кода влияет на длительность пакета при фиксированной полосе частот 250 кГц и коэффициенте расширения спектра, равном 10. 3.2. Аппаратная реализация     Схема включения радиочастотного тракта приемника также влияет на чувствительность приемника, а режим заголовка – на длительность пакета. Влияние режима заголовка описывается в разделе 4.      Модемы SX1272, SX1273, SX1276, SX1277 и SX1278 предусматривают две схемы включения радиочастотного тракта, которые показаны на рисунке ниже. Оптимальной чувствительности (за счет снижения коэффициента шума NF в формуле (2) можно добиться путем разделения передающего и приемного трактов, используя раздельные антенны или одну антенну и радиочастотный коммутатор. 3.3. Режим оптимизации для низких скоростей передачи данных и режим заголовка  Последние два фактора, от которых зависит длительность пакета – это режим работы модема и установленные в нем параметры передачи пакета. Чтобы уяснить их влияние, необходимо рассмотреть формат пакета LoRa. 4. ФОРМАТ И ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ПАКЕТА LoRa     Исходя из вышесказанного, чтобы эффективно соблюсти конструктивные ограничения нормативно-законодательного и системотехнического характера на длительность пакета и чувствительность приемника, необходимо иметь возможность рассчитать длительность пакета для заданной конфигурации модема. Соответствующие точные формулы приведены ниже.      Для расчета длительности пакета удобно определить параметр «длительность символа» (Tsym). Это время, за которое передается 2SF чипов на данной чиповой скорости. Вспоминая, что чиповая скорость определяется полосой частот, имеем:      Как явствует из следующего рисунка, пакет состоит из нескольких элементов.      Общей для всех конфигураций модема является последовательность символов преамбулы, длительность которой задается следующей формулой: Здесь npreamble – это программно заданное количество символов преамбулы. Количество символов, составляющих полезные данные и заголовок пакета, дается следующей формулой:      Параметры формулы:           • PL – количество байт полезных данных.           • SF – коэффициент расширения спектра.           • H = 0, когда передача заголовка включена, и H = 1, когда заголовок отсутствует.           • DE = 1, когда оптимизация для низких скоростей передачи данных включена, и DE = 0, когда она отключена.           • CR –  скорость кода (от 1 до 4).      Отсюда следует, что если необходимо уменьшить длительность пакета, а его длина в символах известна заранее, то можно удалить заголовок. Длительность передачи полезных данных в этом случае будет равна длительности символа, умноженной на количество символов полезных данных:      Отсюда можно видеть, что в узкополосном режиме длительность пакета LoRa может оказаться значительной.      Во избежание проблем, связанных с дрейфом кварцевого генератора опорной частоты из-за колебаний температуры или перемещения устройства, используется бит оптимизации для низких скоростей передачи данных. В частности, при полосе частот 125 кГц и коэффициенте расширения спектра SF = 11 и 12 это вносит небольшую избыточность в целях повышения стойкости к колебаниям опорной частоты на временном промежутке передачи пакета LoRa. 5. КАЛЬКУЛЯТОР РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ LoRa-модема Чтобы упростить принятие конструкторских решений, связанных с применением LoRa-модема, было создано программное средство, позволяющее быстро оценить рабочие параметры модема LoRa, а также результирующие длительность пакета и чувствительность приемника. Это средство можно загрузить с сайта www.semtech.com.      На следующей иллюстрации показано главное окно калькулятора рабочих параметров модема LoRa. Здесь мы видим, что все упомянутые выше конструктивные параметры можно изменять, рассчитывая результирующие длительность пакета и чувствительность приемника без необходимости вручную вычислять параметры формул, приведенных в этом руководстве и в технических характеристиках модема.      Для удобства на рисунке проставлены числовые метки – номера глав данного руководства, где обсуждается указанный параметр. Сведения о других параметрах см. в технических характеристиках модема.

Характеристики

Минимальная цена SX1276IMLTRT на данный момент составляет 303.30 руб. Стоимость позиции зависит от количества заказываемых электронных компонентов. Минимально можно купить SX1276IMLTRT от шт.

• Гаджеты,
• Компьютерное железо,
• Периферия,
• Интернет вещей,
• Электроника для начинающих

• Tutorial

Одна из интересных технологий “интернета вещей” — сети LoRa/LoRaWAN, однако в рунете они практически не описаны. Пора восполнить этот пробел, и тем более интересно попробовать “вживую”, как это работает.

Что такое LoRa?

Это технология связи на большие (Long Range) расстояния, запатентованная компанией Semtech, и реализованная в их чипах SX1272 and SX1276. 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). Как это работает? Подробности под катом. Для тестирования были выбраны модули RN2483. Они хороши тем, что просты в программировании и поддерживают разные режимы работы. RN2483 содержит чип SX1276 и контроллер в одном корпусе, управляется командами UART, что позволяет подключить его к любому устройству (ПК, Arduino, микроконтроллер, etc). Можно купить модуль без обвязки, это дешевле, однако паять было лень, так что на eBay был заказан комплект из пары готовых плат. Это позволяет подключить модули как к ПК по USB, так и к любому устройству.

Передача данных

Для передачи была написана простая программа на Python: Исходный код

import serial from time import sleep  def deviceSend(device, cmd):         try:   print cmd           device.write(cmd + "rn")           line = device.readline()           if line is not None and len(line) > 0:              r = line.decode('utf-8').strip()             print "> " +r                     return         except Exception as e:   pass  if __name__ == "__main__":   port = serial.Serial(port="COM20", baudrate=57600, timeout=5)   deviceSend(port, "sys reset")   sleep(2)   deviceSend(port, "mac pause")   deviceSend(port, "radio set freq 868000000")   # Output power, -3..15   deviceSend(port, "radio set pwr -3")   deviceSend(port, "radio set mod lora")   # sf12, sf7     deviceSend(port, "radio set sf sf7")   # Bandwidth: with 125KHz the sensitivity is better but time on air is longer. Chip is capable from 125KHz to 500KHz.   deviceSend(port, "radio set bw 125")   deviceSend(port, "radio tx 0123456789")   sleep(0.5)                                line = port.readline()   print line.strip()   deviceSend(port, "mac resume") 

Разберем основные параметры подробнее. pwr — мощность, может варьироваться в диапазоне -3..15dB frequency — частота передачи mac pause — отключить режим lorawan, активируется режим передачи между двумя устройствами (p2p) tx — пакет данных mod — вид модуляции. Доступны 2 вида, lora или fsk. bw — ширина полосы спектра, может быть 125, 250, 500КГц. sf — spread factor, влияет на длительность передачи. Так выглядит спектр при sf7 и sf12 при том же объеме данных. Как можно видеть, данные передаются короткими блоками. Максимальный размер пакета составляет не более 255 байт, после завершения передачи от модема приходит подтверждение что данные были посланы.

Прием данных

Для приема необходимо установить те же параметры, что и для передачи, в противном случае модемы не «услышат» друг друга. Код приведен ниже, программа в бесконечном цикле «слушает» данные по serial port. Исходный код

import serial from time import sleep  def deviceSend(device, cmd):         try:   print cmd           device.write(cmd + "rn")           line = device.readline()           if line is not None and len(line) > 0:              r = line.decode('utf-8').strip()             print "> " +r                     return r         except Exception as e:   pass         return ""  if __name__ == "__main__":   port = serial.Serial(port="COM20", baudrate=57600, timeout=5)   deviceSend(port, "sys reset")   sleep(2)   deviceSend(port, "mac pause")   deviceSend(port, "radio set freq 868000000")   # Output power, -3..15dB   deviceSend(port, "radio set pwr -3")   deviceSend(port, "radio set mod lora")   # sf12, sf7     deviceSend(port, "radio set sf sf7")   # Bandwidth: with 125KHz the sensitivity is better but time on air is longer. Chip is capable from 125KHz to 500KHz.   deviceSend(port, "radio set bw 125")   # WDT: 5s wait for each data   deviceSend(port, "radio set wdt 5000")    print "Start listening"   try:      while True:        ans = deviceSend(port, "radio rx 0")        if ans == "ok":          r = port.readline().strip()          if r != "err" and len(r) > 0:            print "> " + r  # We need time to prepare RN2483 for the next receiving          sleep(0.1)    except KeyboardInterrupt:      pass    deviceSend(port, "mac resume") 

Как можно видеть, все просто, и использование модема не отличается от какой-либо другой передачи по serial port. Код программы (с небольшими улучшениями) был запущен на Raspberry Pi, прием данных можно видеть на экране. Различных команд для настройки RN2483 весьма много, их можно найти в PDF «RN2903 LoRa Technology Module Command Reference User’s Guide». Для примерной оценки результата также можно скачать программу Semtech Lora Calculator, позволяющую ввести разные настройки (ширину спектра, частоту и пр) и увидеть результат — битрейт, потребление тока, время работы от батареи. Так например, обещаемое время работы чипа SX1276 от батареи емкостью 1000мАч составит около 30 дней при передаче блоками по 8 байт с интервалом в 100 секунд и мощностью 10dBm. 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.

Цена вопроса

Информация для тех кто захочет повторить эксперименты или использовать LoRa в своих разработках. Цена комплекта их 2х готовых к использованию модемов rn2483 на eBay составляет 80EUR. Отдельно модуль с распаянным SX1276 можно приобрести у продавцов из Китая за 12$ с бесплатной доставкой. Чип SX1276 без какой-либо обвязки можно купить там же за 9$ (описанный в статье код подходит только для RN2483, при использовании чипа SX1276, программировать его придется на более низком уровне).

Выводы

Устройства стандарта LoRa представляют собой удобное и готовое решение для низкоскоростной передачи малых объемов данных на относительно большие (сотни метров-километры) расстояния. Устройства LoRa оптимизированы под низкое энергопотребление, что позволяет их использовать с питанием от батарей или аккумуляторов (однако платой за это является низкая скорость передачи данных). К примеру, если фермер захочет выводить на домашний дисплей температуру в теплицах, это будет практически идеальным применением для LoRa — малые объемы данных, большие расстояния и прямая видимость до объектов. Модемы также могут использоваться в больших помещениях — ангары, заводы, там где тянуть провод до датчиков сложно или дорого, а объемы данных невелики. Возможно использование и в домашних условиях, высокая чувствительность модулей позволит использовать даже короткие антенны в виде «зигзага» на печатной плате. В городе же, качество связи будет сильно зависеть от наличия радиовидимости между антеннами, высоты размещения антенн и пр. Многие сейчас сильно воодушевлены возможностями «глобальных» сетей LoraWAN, однако вопрос размещения антенн будет весьма критичным для дальности в подобной сети. Впрочем, это верно для любых систем передачи радиосигналов, так что чуда здесь не случилось. В следующей части будет рассказано о подключении RN2483 к сети LoRaWAN. Более подробную информацию можно найти по ссылкам: — RN2483 datasheet ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/40001784B.pdf — LoRa FAQ www.link-labs.com/lora-faqs — Semtech SX1272 www.semtech.com/wireless-rf/rf-transceivers/sx1272 — Semtech LoRa Calculator www.semtech.com/apps/filedown/down.php?file=SX1272LoRaCalculatorSetup1%271.zip Библиотеки для работы с RN2483 на Raspberry Pi и Arduino можно найти на github.