好站 : SX127x (LoRa transceiver) driver for (Micro)Python

今天搜尋時在 Wei 部落格找到一個 LoRa 的 MicroPython 驅動程式, 作者應該是 C/Python 很強, 他把 Arduino 的 LoRa 程式改寫成 MicroPython 版以便能夠在 ESP8266/ESP32 上面跑 : 

# SX127x (LoRa transceiver) driver for (Micro)Python on ESP8266/ESP32/Raspberry_Pi

# https://forum.micropython.org/viewtopic.php?t=3871

 

相關程式碼放在 GitHub :

# https://github.com/Wei1234c/SX127x_driver_for_MicroPython_on_ESP8266

希望明年有時間回來玩 LoRa 與物聯網, 先記下來. 

好站 : YJ 半工人的 LoRa 教學

今年三月底向 Aliexpress 購買的 UART 介面 LoRa 模組收到後至今還沒時間測試, 今天得空搜尋測試範例時找到這個 Youtube 頻道, 裡面有許多物聯網實作教學, 值得參考 :

# https://www.youtube.com/channel/UCTlSZQba86e2ysMzmm2Pv7Q/videos

頻道主的部落格參考 :

# http://wyj-learning.blogspot.com/

其中與 LoRa 有關的是這四篇 :

# Lora 長距無線傳輸 SX1278 1W 433MHZ 基礎
# Lora 長距無線傳輸 SX1278 1W 433MHZ 進階
# Lora 長距無線傳輸 SX1278 1W 433MHZ 進階 收發 2Bytes
# Lora 長距無線傳輸 SX1278 1W 433MHZ 繼電器同步應用

另外在 MakerPro 也找到一篇 :

# 【ACSip LoRa實作2】快速開發LoRa通訊功能－UART介面篇

都先記下來, 有空再參考其作法來測試看看.

LoRa 論文讀後摘要 : 運用 LoRa 技術實現 IoT 平台之開發

今天找到一篇關於 LoRa 的碩士論文 :

# 運用 LoRa 技術實現 IoT 平台之開發 (義大, 2017, 吳柏穎)

我經常上碩博士論文網站下載論文電子檔, 學術論文第二章的文獻回顧是吸取知識的很棒來源, 因為撰寫者在寫文獻回顧前須看過很多書籍與論文, 然後將相關知識消化後濃縮在這一章裡. 本篇論文之文獻回顧摘要如下 :

1. 物聯網的三層結構 :
   (1). 應用層 : 負責資料演算與處理
   (2). 網路層 : 負責資料送收
   (3). 實體層 : 負責環境感測與資料收集
2. 三個 ISM 免費 (毋須授權) 頻段 :
   (1). 915MHz : 僅 region2 (美洲) 可用
   (2). 2.4GHz : 最早開放, 非常壅塞
   (3). 5.8GHz : 高頻段適合短距離高傳輸量應用 (例如 WiFi)
3. 三種無線傳輸技術比較 :
   (1). WiFi : 高傳輸量但耗電
   (2). Bluetooth : 傳輸量佳但處於 2.4GHz 頻段易受干擾
   (3). Zigbee : 網路架構優但傳輸量低
4. LPWAN (Low Power Wide Area Network) : 位於 Sub-GHz 頻段可實現遠距離低功耗與低傳輸量的廣域無線網路 (例如 LoRa 或 SigFox), 可用較低成本來實現廣域網路, 其特點為 :
   (1). 電池壽命長 (一般超過十年)
   (2). 開箱即可廣域連接
   (3). 低成本晶片與網路
   (4). 受限之資料吞吐量 (物聯網終端不需要傳輸大量資料)
5. LoRa 無線調變技術最早為 Cycleo 公司於 2010 年發明, Semtech 半導體於 2012 年收購 Cycleo 並為 LoRa 添加 MAC 層以便將其擴展到物聯網應用上, 此 MAC 層被稱為 LoRaWAN.
6. LoRa 以 chirp spread spectrum 技術調變, 此技術與一般無線技術所使用的 FSK 調變方式一樣具有低功耗特性, 但通訊距離與靈敏度卻明顯高出許多. 
7. LoRaWAN 通常使用星狀 (Star) 拓樸網路結構, 終端節點設備的訊息會被上傳到周遭所有的 Gateway 中繼節點設備, Gateway 會彼此溝通由誰將資料透過有線或無線網路上傳端雲端伺服器並向終端送出 ACK 信號, 終端設備不需要挑選哪個 Gateway 來收發資料, 因為將複雜與耗電的運算都交給 Gateway 處理, 從而讓這些以電池運作的終端設備更省電. 
8. LoRa 內部網路傳遞資料採用的是一種稱為 ALOHA system 的非同步傳輸協定 :
   (1). 終端設備有資料要傳送時會立即送出, 接收端收到後會回應 ACK 信號給終端.
   (2). 若接收的資料有誤則回應 NACK 信號.
   (3). 若兩個終端設備同時傳送資料 (碰撞), 兩者會各自等待一個隨機時間後再次送出. 
9. 由於可能有數以百萬計的終端設備,  LoRaWAN 定義了 Class A, B, C 三種協議來解決衝突問題 :
   (1). Class A :
   A 類終端設備允許雙向溝通 (uplink/downlink), 每個終端之上傳鏈路發送窗口帶有兩個下傳鏈路接收窗口, 且下傳鏈路只會在上傳鏈路結束後打開一小段時間, 因此 A 類終端最省電, 但下載延遲大且資料傳輸穩定性較差, 當終端設備多時容易形成資料雍塞現象.
   (2). Class B :
   除了隨機接收窗口外, B 類終端會在預定時間打開額外的窗口, 以便接收來自 Gateway 之同步信號, 因此 Gateway 能夠知道哪個終端在聆聽, 且時間同步特性可避免資料雍塞問題, 但是比 A 類終端耗電.
   (3). Class C : 
   C 類終端幾乎是連續打開其接收窗口, 僅在發送時關閉, 因此最耗電, 但可隨時接收資料且資料傳輸穩定性最佳. 

雖然內容不太多, 但也提供了一些基礎知識.

購買 UART 介面的 LoRa 模組*4 (eBay)

今天在露天看到 PChome 海外代購 Lora 模組 (UART 介面) 一個才台幣 89 元 (美金 2.79 元) 而且免運費 :

# https://goods.ruten.com.tw/item/show?30193069950364 $89

我自己就有 eBay 帳號啊 (但卻從來沒用過), 於是就上 eBay 去搜尋, 果然找到同樣商品, 但標價美金 2.99 元 :

# 1pcs 3KM 433MHz SX1278 Lora Long-Distance Wireless Data Trans Module $90 (US$ 2.99)

仔細看廠家是在中國深圳, 免運是指海運, 所以要到 5 月才會到貨, 這沒問題, 因為我現在還在忙 AWS, 沒空玩 LoRa, 五月應該會有時間, 於是就下標買了四個 (收發要成對) :

結帳總價 374 元台幣 (使用玉山家樂福卡), 預計 5 月 4 日前可到貨.

關於 NB-IoT 模組

今天一早到辦公室就被通緝, 必須於 7/11 前上完線上學習課程, 皮了很久終於被下通牒, 坦白說是自己不知好歹自討苦吃, 再這樣繼續下去不會有好下場, 你要 "覺醒" 啊! (這跟 Voice 3 裡都康宇以及法布爾拍賣網那些人手腕上的刺青無關, 我可沒有反社會人格).

說實在的, 剩下的兩門課是物聯網與行動物聯網, 其實我一點都不陌生, 也很有興趣, 很早以前我就開始探索這個課題了. 上了一整天課終於把這煩人的考試搞定了, 也徹底 "覺醒" 了, 這世上根本沒有蟲子, 而是存在太多幻想有蟲子的人, 對吧?

雖然自許很了解 IoT, 但一整天下來卻發現學到蠻多的, 可見以管窺豹與自戀自大對心靈的侵蝕是有多大啊. 特別是一直被我嘲笑的 NB-IoT 技術, 沒想到各大電信業者都已在商用, 而且月租價格竟低到 10 塊 20 塊的銅板價! 但是我查了一下露天 NB-IoT 模組價格, 竟然還要 1400 元! 我又笑了 :

# Quectel BC28 模組 MQTT 物聯網 NB-IoT $1450

說好的 10 美元呢? 如果農田裡佈建 10 個感知器, 那終端設置費用基本上就從 14500 元起跳 (不含電池), 月租費以每月 20 元算就是 200 元了, 一年下來也要 2400 元, 更何況放 10 個還算是保守的.

說到底我還是非常看好 LoRa 的前景, 甚麼非執照頻道容易被干擾, 這與經驗法則不符, 我在家裡用 WiFi 與藍芽甚麼時候被干擾過了? 但安全性上確實是一個弱點, 這是電信商的強項, LoRa 裝置商必須在終端設備與平台上加強這部分才能避免被攻擊.

Arduino 學習筆記索引

我在 2013 年開始注意到 Arduino, 但直到 2014 年初才開始學習, 記得那時是因為老同學仲仔前一年暑假參加母校的學習營, 拿到一張 Arduino UNO 板, 聽我提到 Arduino 潛力很大, 就把那片 UNO 借我玩一玩, 從此開啟我的物聯網學習之路.

以下整理過去五年我做過的 Arduino 實驗筆記與重要參考文章, 方便搜尋參考與複習 :

2014~2015 年 :

# Arduino 初體驗
# Arduino 液晶顯示器測試
# Arduino Pro mini 動了

# Arduino IDE 無法上傳成功的原因

# Arduino 乙太網擴充卡測試

# Arduino Nano 開機測試

# 安裝 PL2303HX USB 轉 TTL 驅動程式

# Arduino 網路測試 : 發送 Twitter

# 關於 PL2303HX 在 win8 無法驅動的問題

# 關於電源穩壓 IC

# 關於 Arduino pro mini 的電源電壓問題

# ESP8266 WiFi 模組 AT command 測試

# Arduino 溫濕度感測器 DHT11 測試

# 用 MOFFET 2N7000 做 5V 與 3.3V 位準轉換

# Arduino 實驗常用 IC

# ESP8266 更新韌體

# ESP8266 轉接板

# Arduino 串列埠測試 (UART)

# 使用 3.3V 稽納二極體與電阻做 ESP8266 位準轉換

# 串列埠測試軟體 AccessPort

# Arduino 的時間函式

# Arduino 基本語法筆記

# Arduino 數學函數測試

# ESP8266 WiFi 模組與 Arduino 連線測試

# Arduino 光敏電阻測試

# 製作 ESP8266 轉接板

# 用 ESP8266 的 TCP/IP 連線抓取網頁

# 第 43 周記事 : ESP8266 轉接板的新布局

# USB 5V 電源引出線

# 撰寫 Arduino 的 ESP8266 WiFi 函式

# ESP8266 0.9.2.2 版韌體多重連線時 TCP 連線失敗問題

# 關於用 Arduino+ESP8266 進行網路對時的問題

# 使用 ITEAD 的 WeeESP8266 函式庫進行網路對時

# ITEAD WeeESP8266 函式庫測試

# ESP8266 函式庫 v2

# ESP8266 函式庫記憶體耗損比較

2016 年 :

# AllAboutEE 的 ESP8266 伺服器測試 (一)

# 可以儲存指令的 SSCOM 通訊軟體

# AllAboutEE 的 ESP8266 伺服器測試 (二)

# AllAboutEE 的 ESP8266 伺服器測試 (三)

# AllAboutEE 的 ESP8266 伺服器測試 (四) : 完結篇

# 製作 Arduino Nano + ESP8266 物聯網模組 (一)

# 以 Arduino + ESP8266 物聯網模組重作 NTP 實驗 (一)

# 以 Arduino + ESP8266 物聯網模組重作 NTP 實驗 (二)

# 以 Arduino + ESP8266 物聯網模組重作 NTP 實驗 (三)

# 製作 Arduino Nano + ESP8266 物聯網模組 (二)

# 製作 Arduino Nano + ESP8266 物聯網模組 (三)
# 從 HTTP 網頁伺服器獲取時間訊息的方法

# ITEAD WeeESP8266 函式庫測試 (二) : 網頁伺服器

# 使用 ITEAD WeeESP8266 函式庫改寫物聯網模組 wifi 設定程式

# 使用 WeeESP8266 函式庫重作 NTP 對時實驗

# 以 Arduino+ESP8266 物聯網模組重作 DHT11 溫溼度實驗

# 製作 Arduino Nano + ESP8266 物聯網模組 (四) : 完結篇

# 用 NTP 伺服器來同步 Arduino 系統時鐘 (一)

# Arduino 與樹苺派實驗常用 IC

# 利用 NTP 伺服器來同步 Arduino 系統時鐘 (二)

# 使用 ESP8266 傳送 Twitter 訊息

# 利用網頁控制 Arduino (一)

# 利用網頁控制 Arduino (二)

# 利用網頁控制 Arduino (三) : 使用超連結與按鈕

# 利用網頁控制 Arduino (四) : 使用 Radio

# 再探 NTP 協定

# 利用 NTP 伺服器來同步 Arduino 系統時鐘 (三)

# Blynk 應用 (一) : 用手機控制 Arduino

# 使用 Xively 物聯網服務

# Blynk 應用 (二) : 在手機顯示即時溫溼度與光度

# Blynk 的通知元件 (Notifications)

# Blynk 的其他元件 (Others)

# Blynk 的虛擬腳位用法整理

# Arduino 的按鈕開關測試 (一) : 輪詢法 (Polling)

# Arduino 按鈕開關測試 (二) : 硬體中斷法 (Interrupt)

# Arduino 的聲音測試 (一)

# 用 Blynk 同時控制多個設備

# Arduino 聲音測試 (二) : 模擬特雷門琴

# Arduino 超音波模組測試

# 語音辨識合成 IC 與模組

# Arduino 測試 : PIR 紅外線移動偵測 (二)

# 20W 太陽能板安裝測試 (一)

# 20W 太陽能板安裝測試 (二)

2017 年 : 

# 使用 Python 控制 Arduino

# Arduino 中斷時執行下一個副程式問題

# Arduino 自走車測試 : (一) 車體組裝

# Arduino 自走車測試 : (二) 電源驅動規劃

# Arduino 超音波雷達

# 使用 Arduino IDE 開發 ESP8266 應用 (一) : 環境設定與韌體上傳

# 使用 Arduino IDE 開發 ESP8266 應用 (二) : 在網頁上控制 LED

# 使用 Arduino IDE 開發 ESP8266 應用 (三) : 從 NTP 伺服器取得網路時間

# Arduino 無線傳輸模組 NRF24L01 測試

# Arduino 聲音感測模組測試

# Arduino 433M 超再生無線模組測試

# Arduino 超音波模組測試 (二) : 使用 NewPing 函式庫

# 製作太陽能鳥屋 (一)

2018 年 : 

# Arduino + LoRa 模組測試

# 一本探討 Arduino 中斷的好書

# URL 字串中含有特殊字元如 % 的處理方法

~~ 未完 ~~

原來我是在 2015~2016 這兩年瘋 Arduino + ESP8266, 在 2018 年初做完 RoLa 模組初步測試之後便停止了 Arduino 實驗, 轉而去玩機器學習了. 希望很快就可以回來玩物聯網, Arduino, ESP8266, 以及 LoRa. 

好書 : Beginning LoRa Radio Networks with Arduino

今天在亞馬遜看到 Apress 今年剛出的 LoRa 新書, 終於有正式的書籍系統性地介紹 LoRa 技術了, 真令人雀躍 :

# Beginning LoRa Radio Networks with Arduino: Build Long Range, Low Power Wireless IoT Networks US$32.27

Source : Amazon

此書金石堂與天瓏都有賣, 金石堂打九折較便宜, 32.27 美元折台幣約 970 元, 加上運費也差不多吧.

# https://www.kingstone.com.tw/new/basic/203c190506101 (金石堂) $1197
# https://www.tenlong.com.tw/products/9781484243565 (天瓏) $1286

好站 : 使用 Arduino IDE 開發 ESP32+LoRa 應用

今天在 Randan Nerd Tutorial 網站找到下面這篇文章 :

# ESP32 with LoRa using Arduino IDE – Getting Started

作者使用 ESP32 當主控, 透過 SPI 介面與 LoRa 模組連接, 利用 Arduino IDE 編譯程式後上傳韌體, 這樣兩個 ESP32 就可以透過 LoRa 通訊了. LoRa 從去年做過初步測試就沒時間玩, 那時是用 Arduino 當主控, 有空要 ESP8266 來試試.

2018-07-01 補充 :

感謝好友 Jason 分享了下面這篇, 先記下來有空再試 :

http://wei1234c.blogspot.com/2017/08/sx127x-lora-transceiver-driver-for.html?m=1
wei1234c.blogspot.com - SX127x (LoRa transceiver) driver for (Micro)Python on ESP8266/ESP32/Raspberry_Pi

文星電子的 UART 介面 LoRa 模組

今天在露天找到這款 UART 介面的 LoRa 模組, 係台北文星電子公司今年推出的新產品, 內建陶瓷天線, 使用 AT 指令即可操控 LoRa 遠距通訊 (內建 MCU) :

# LoRa RF展頻模組-物聯網IOT低功耗長距離(內含MCU) 433MHz $250

單片 250 元, 這個價格目前蠻有競爭力的, 做實驗需買一對 250*2=500, 加運費 100 共 600 元, 含運平均一片 300 元, 大量採購 1000 片每片 165 元.

該公司目前有四款 LoRa 模組產品 :

1. TRW-LORA20 LoRa 通訊模組
2. TRW-LORA20UART LoRa 通訊模組
3. TRW-LORA20UARTC LoRa 通訊模組
4. TRW-LORA30UART LoRa 通訊模組

$250 元的是第三款. 第一款的賣 $175 元 :

# LoRa擴頻模組物聯網超低功耗長距離通信RF模組無網LORA 433MHz $175

不過這款好像是 SPI 介面.

UART 測試程式參考 :

# Jswoon/UNO + UM402 (SX1278 or SX1276, 433MHz, UART)

Arduino + LoRa 模組測試

這篇是去年 10 月底對 LoRa 模組進行初步測試的紀錄, 後來忙著幫二哥準備 APCS 而暫停下來. 昨天有網友問我空曠處實測距離多少, 才想起這篇還沒完成的草稿, 稍作整理如下備查. 在傳送距離方面, 網友與我的實測距離都約 200~250 米而已, 據說使用 IPEX 天線似乎沒有好到哪裡去, 實在殘念! 我還抱著一絲希望的說.

會接觸 LoRa 是因為去年十月初有另一位網友詢問我有無用過 LoRa, 當時我連買了放在零件箱好久的 nRF24L01 模組都還沒動哩! 為此我除了找出 nRF24L01 先測試一番以產生比較資料外, 還上網對此新興無線射頻技術做了初步研究, 整理了一篇知識摘要, 參見 :

# 長距離低功耗無線通訊技術 LoRa

接著在露天購買了一對最便宜的 LoRa 模組來測試 (跟 nRF24L01 一樣要成對地買, 一個傳送, 一個接收, 或者互相傳送接收), 此板用的是 SX1278 晶片 (433 MHz)  :

# [史塔克實驗室][Arduino/RPi]每個180元2個一組販售SX1278 Lora module 模組433MHz $180

由於這是 2.0mm 腳距的裸板, 所以特地跑去禾樺買了 2.0 mm 的排針與排母, 在焊接前試試看到底要用排針或排母比較適合, 結果發現排針根本不能用, 因為 2.0mm 的排針比較細, 杜邦線母頭插上去鬆鬆的會接觸不良, 應該要用排母才對, 因為 2.0mm 的排母上的洞與一般 2.54mm 者一樣, 插杜邦線沒問題.

我買的這組 LoRa 模組每邊 8 隻腳, 其腳位布局如下 :

DIO2	GND
DIO1	MISO
DIO0	MOSI
3.3V	SCK
DIO4	NSS
DIO3	RESET
GND	DIO5
ANT	GND

由於 ANT 腳要焊彈簧天線, 因此左邊的排母只要 7 隻腳, 而右邊的則需 8 隻腳, 使用小型電鑽前面裝上鑽石圓盤分別切出 7 支與 8 支腳的排母各一對, 然後用三秒膠少許加以固定後進行焊接. 注意, 三秒膠不可用太多, 否則萬一滲入排母內會讓排針插不下去.


Lora 板子焊好後就可以進行測試了, 我使用 Arduino 當作 MCU 主控, 首先是到下列 GitHub 網站下載 Arduino 的 Lora 函式庫 :

# https://github.com/sandeepmistry/arduino-LoRa

按右邊的 "Clone or download" 鈕, 選 "Download ZIP" 下載壓縮檔 arduino-LoRa-master.zip, 將其複製到 Arduino IDE 安裝目錄的 libraries 下解開即可. 重新開啟 IDE 就可存取到此函式庫了. 此函式庫的 API 說明如下 :

# https://github.com/sandeepmistry/arduino-LoRa/blob/master/API.md

此函式庫使用 SPI 協定與 LoRa 模組通訊, 預設傳輸速率是 10 MHz. 接下來是硬體接線, 此 LoRa 模組採用 SPI 介面 (也有用 Serial 介面的), Arduino 有特定的 SPI 接腳, 與 LoRa 的預設對應如下 :

不過其中 NSS, RESET, 與 DIO0 這三隻腳不一定要對應到 D10, D9, 與 D2 這三支 Arduino 腳, 可以連接到除 D13, D12, D11 以外的任何 DIO 腳位, 但在程式中要用 LoRa.setPins(NSS, RESET, DIO0) 指令指定.

測試 1 :

傳送端程式 :

#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>

int counter=0;  //傳送次數計數器

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);  //等待序列埠起始完畢
  Serial.println("LoRa Sender");
  if (!LoRa.begin(433E6)) {  //起始 433MHz LoRa
    Serial.println("Starting LoRa failed!");
    while (1);
    }
  }

void loop() {
  Serial.print("Sending packet: ");
  Serial.println(counter);
  LoRa.beginPacket();  //封包傳送開始
  LoRa.print("hello ");  //封包內容
  LoRa.print(counter);  //封包內容
  LoRa.endPacket();  //封包傳送結束
  counter++;  //計數器增量 1
  delay(5000);
  }


接收端程式 :

#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);  //等待序列埠起始完畢
  Serial.println("LoRa Receiver");
  if (!LoRa.begin(433E6)) { //起始 LoRa
    Serial.println("Starting LoRa failed!");
    while (1);
    }
  }

void loop() {
  int packetSize=LoRa.parsePacket(); //讀取剖析 LoRa 封包大小
  if (packetSize) { //若有封包進來
    Serial.print("Received packet '");
    while (LoRa.available()) { //若接收緩衝器有內容
      Serial.print((char)LoRa.read());  //讀取緩衝器內容並輸出階收到的封包
      } 
    Serial.print("' with RSSI="); //輸出接收封包之 RSSI
    Serial.print(LoRa.packetRssi());  //顯示接收信號強度
    Serial.print(" and SNR="); //輸出接收封包之 SNR (信噪比)
    Serial.println(LoRa.packetSnr());  //顯示接收信號信噪比
    }
  }

序列埠監控視窗輸出結果如下, 收到訊號時會顯示 "Received packet ... RSSI= .... SNR=...." :

.....
irqFlags 0
irqFlags 10
irqFlags 40
Received packet 'hello 29' with RSSI=-39 and SNR=16.00
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 80
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 0
irqFlags 80
irqFlags 0

.....

irqFlags 10

irqFlags 40

Received packet 'hello 30' with RSSI=-51 and SNR=15.75

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 0

irqFlags 80

irqFlags 0

.....

其中 RSSI (Received Signal Strength Indicator) : 接收信號强度指示.

用彈簧天線於空曠地區實測距離約 250 公尺, 似乎只比 nRF24L01 的 100 公尺長兩倍多而已, 與產品說明中所說的 1 公里相差達 4 倍. 不過信號穿透力可達 2~3 層樓, 在電梯中亦可收到信號, 這就比 nRF24L01 出色多了, nRF24L01 只要 5 公尺外轉個牆角就 GG 了, 參考 :

# Arduino 無線傳輸模組 NRF24L01 測試

測試距離方面, 有空我還是會買支 IPEX 或其他廠家的 LoRa 模組來驗證看看.

參考 : 

# Arduino Arduino module communication by Lora Sx1278
# https://github.com/matthijskooijman/arduino-lmic
# 【Acsip LoRa實作1】快速開發LoRa通訊功能－SPI介面篇

# An Arduino library for sending and receiving data using LoRa radios

# LoRa 的 Arduino 函式庫
# 【Acsip LoRa實作1】快速開發LoRa通訊功能－SPI介面篇
# WLK01S78-TH 無線模組 LORA模組 SX1278數傳模組 w7 056 [5059647] $260
# LoRa 測試資料下載  (測試地圖快照) (測試地形圖)
# <微控制器科技> Pycom LoPy IoT 三合一開發板 (LoRa+BLE+WiFi) $1350
# Pycom LoPy - LoRa+WiFi+Bluetooth MicroPython IoT Platform £32.5
# https://github.com/a3rd/lora-inair4
# SX1278 LoRa擴頻無線模組 433Mhz $220
# 大陸模組資料下載
# https://drive.google.com/drive/folders/0BywdxdAWyMLcWXpFNF9QVWhHZHc
# SX1278 LOra擴頻 電力抄表模組 5km無線收發模組SX1276模組 $200
# iFrogLab iL-LORA1272 超遠端15公里LoRa資料傳遞和接收模組 for Arduino 和 樹梅派 $850
# iFrogLab iL-LORA1272-A LoRa 資料傳遞和接收模組 韌體全面更新為1.1版 $850
# 98 Mailbag #8: LoRa, ESP8285, ESP32 in a WiPy Python board, A6C with camera
# LoRa 範例程式下載
# Setting Up the Modtronix InAir4 with Arduino

2018-01-03 補充 :

下面這部影片測試 LoRa 的耗電情形 :

#120 LoRa on batteries: How long does it last?

2018-01-12 補充 :

參考 :

# 物聯網技術標準 NB-IOT 和 LoRa 到底是什麼？
# 120 LoRa on batteries: How long does it last?

2018-05-14 補充 :

LoRa 也有 UART 介面的模組, 目前最便宜大約 450 元, 參考 :

# 【ACSip LoRa實作2】快速開發LoRa通訊功能－UART介面篇
# REYAX RYLR896 SX1276 UART 介面 帶天線 AT command lora module 模組 $450

長距離低功耗無線通訊技術 LoRa

前陣子有網友詢問 LoRa 問題, 好像曾在哪裡看到此 RF 技術的介紹, 當時並沒有放在心上. 最近因為這個機緣, 連帶讓我想起之前買過的 nRF24L01 模組, 過去一周在採購的 LoRa 模組尚未收到之前, 我就先把玩了 nRF24L01 一番, 發現它雖然價格便宜 (一片約 30 元), 但是可能因為走較高的 2.4GHz 頻段以及使用 PCB 天線之關係, 傳輸距離太短, 僅 100 公尺不到, 而且無法穿越牆壁, 實用範圍屬於近距離通訊而已.

但 LoRa 技術就不同了, 由於先進的技術突破, 加上走 Sub-GHz 頻段, 因此傳輸距離與穿牆性能據說都令人刮目相看, 空曠地方可達 2km~5km, 在建築物內可穿透 7 層牆壁. 因此在測完 nRF24L01 後, 我想研究 LoRa, 實際測試看看是否真的那麼厲害.

目前市面上的 LoRa 模組主要是使用 SX1276 與 SX1278 這兩種晶片, 兩者性能與功能相同, 差別只是頻段不同而已. SX1276 頻段是 868MHz 與 915MHz, 主要用在歐洲與北美地區; 而 SX1278 頻段為 433MHz 與 470MHz, 主要用在中國, 東南亞, 南美洲, 以及東歐等地區, 參考 :

# SX1276 与SX1278扩频芯片的区别

在露天拍賣上販售的大都是 SX1278 的模組. 我買的是這款 433MHz 的 (附彈簧天線) :

# [史塔克實驗室][Arduino/RPi]每個180元2個一組販售SX1278 Lora module 模組433MHz $180

賣家有提供 Arduino 範例程式, 可在 dropbox 下載 :

# https://www.dropbox.com/sh/beaswh5a3h69ho6/AABNL6J0KtAe9x_hfsz1P8SAa?dl=0

事實上這在 Aliexpress 上含運才賣 US$3.72 元而已, 折合台幣 111 元 :

# 433Mhz Lora SX1278 Long Range RF Wireless Module SPI Build-in Temperature Sensor For Arduino DRF1278F $3.72

注意, 這種裸片的模組大都沒有附底板或轉接板 (甚至沒有附彈簧天線), 而且其接腳間距為 2 mm, 因此必須找 2 mm 的排母來焊接, 例如 :

# 2.0MM 單排座1*40 單排母座 排針座(10只一拍) [1-89085] $70

我覺得最好是使用 2.0mm 的排母, 因為 2.0 mm 間距的排針較細, 一般杜邦線母接頭插上去根本就鬆垮垮的無法固定; 而 2.0 mm 排母的洞卻剛剛好可以讓一般杜邦線公插頭插進去沒問題.

如果要買有底板或轉接板, 可以焊接 2.54 mm 針腳的模組, 可以考慮下面這款 :

# 【傑森創工】SX1278 帶底板 LORA 模組 安信可 RA-02 Arduino $250

這塊使用的是安信可 (AI Thinker) 的 RA-02 SX1278 模組, 採用 IPEX 天線座而非短的彈簧天線, 而且有鐵殼包覆不會有電磁干擾問題 (FC/EC 相容認證). 其實這塊在 Aliexpress 一對含運才賣 US$13.5, 折合台幣 405 元, 平均一片才 203 元 :

# Elecrow 2pcs/lot SX1278 LoRa Module 433M 10KM Ra-02 Ai-Thinker Wireless Spread Spectrum Transmission Socket for Smart Home DIY US$13.5

也有採用 nRF24L01 接腳配置 (8 Pins) 的模組, 一對含運 US$13.51, 折合台幣 405 元, 平均一片也是 203 元左右, 這款好處是免焊, 而且採用 IPEX 天線 :

# 2pcs/lot Newest SX1278 LoRa Module 433M 10KM Ra-02 Ai-Thinker Wireless Module Spread Spectrum Transmission Electronic Diy Kit  US$13.51

採用彈簧天線的是這款 :

# Elecrow 2pcs/lot LoRa Module SX1278 Ai-Thinker 433M Wireless Spread Spectrum Transmission Ra-01 DIY Kit for Smart Meter Reading  US$13.59

如果買不含底板且搭配彈簧天線的 RA-01 模組的話更便宜, 一對 US$8.88, 折合台幣 266 元, 平均一片 133 元 :

# 2PCS Ra-01 SX1278 LoRa Spread Spectrum Wireless Module 433MHz Wireless Serial Port UART Interface Ra01 US$8.41+0.47=US$8.88

安信可的 Ra-02 模組通常都不附 IPEX 天線, 如果要買 IPEX 天線可參考 :

# 433m內置彈簧天線 433mhz模塊天線 433數傳天線 ipex介面 1.13線 $40
# 868MHZ/900MHz/915MHz/920MHz內置彈簧天線 無線數傳天線 高增益IPEX天線 $70
# 黑色868MHZ/900MHz/915MHz/920MHz/925MHz天線，SMA內針介面 $90

以上是關於模組採購的調查, 接下來整理一下 LoRa 技術的相關資訊.

LoRa 為 Low power long Range  (低功耗長距離) 的縮寫, 它是一種低功耗無線廣域網路 (LPWAN, Low Power Wide Area Network) 通訊技術, 最早源自法國長距離無線傳輸技術 IP 公司 Cycleo, 它在 2009 年提出了創新的低功耗長距離技術 LoRa, 於 2012 年被美國 Semtech 公司以 500 萬美元併購, 參考 :

# Cycleo unveils its first innovative semiconductor IP bringing unprecedented range to wireless data transmission
# Semtech Acquires Wireless Long Range IP Provider Cycleo

美商 Semtech (先科) 1960 年創立於美國加州, 是一家類比與混和信號 IC 供應商, 1967 年公開上市, 目前於 NASDAQ 掛牌 (SMTC), 市值約 25 億美元. 主力產品為電源管理晶片, 數位感測與高階通訊射頻 IC 等, 參見 :

# https://en.wikipedia.org/wiki/Semtech
# http://www.semtech.com/wireless-rf/internet-of-things/

# https://money.moneydj.com/us/basic/basic0001/SMTC

Semtech 併購 Cycleo 後大力推廣 LoRa 技術, 結合全世界電信商, 設備商, 晶片商等組成非營利的 LoRa 聯盟, 目前會員數已超過 500 個, 包括 52 個電信運營商, 範圍橫跨全球 100 餘國, 超過 350 個城市正在測試與佈建 LoRaWan 網路, 近日 ( 2017-10-17 ~ 2017-10-25) 將於中國蘇州舉辦第九屆全球會員大會, 參考 :

# https://www.lora-alliance.org
# http://whatis.techtarget.com/definition/LoRa-Alliance

關於 LoRa 技術的特性摘要如下 :

1. 採用線性 Chirp 展頻調變技術 (CSS, Chirp Spread Spectrum), 具低功耗, 長距離, 低成本, 可擴充, 與抗干擾等特性, 可使用電池長時間運作, 範圍可達數公里.  LoRa 省電的原因主要來自非同步通訊與自適應之傳輸速率功能. LoRa 節點的接收電流僅 10mA, 休眠電流 200nA, 因此 LoRa 技術的電池壽命高達 3~10 年.
2. LoRaWAN 網路使用非同步方式通訊, 其媒介存取協定 (Media Access Protocol) 採用 ALOHA 法, 節點會依需要進入或長或短的休眠狀態, 從而降低了功率消耗; 而現行手機屬於同步通訊, 每 1.5 秒需與基地台同步一次, 功耗較大. 
3. 在 LoRAWAN 中, 節點並不與特定閘道器 (Gateway) 相關聯, 而是與多個閘道器關聯, 所傳送之資料將被多個閘道器接收. 此外, LoRaWAN 閘道器具有容量高與可擴充特性, 可從大量節點接收數據, 這是其他 LPWAN 所欠缺的優點. 
4. LoRa 具有網路與應用雙層安全防護, 網路節點不能檢視應用層數據, 並使用 AES 對傳輸之數據進行加密. 

LoRa 模組實測參考 :

# Long Range Wireless Data Communicatoin using LoRa (Up to 10km Line of Sight)

參考 :

# LoRa：長距離低功耗物聯網傳輸技術
# LPWAN-大家天天熱聊的LORA技術到底是什麼？
# 智能家居無線技術解決方案：LoRa超遠距離無線通信
# LPWAN:科技改變生活，淺談LoRa與物聯網技術
# 物聯網時代來臨，IBM 推 LoRa 技術讓機器也有自己的網路
# 新一代無線傳輸技術-LoRa
# 長距離無線通訊
# 5分鐘搞清楚LoRa技術是什麼
# 細說LoRa（一）——LoRa、LoRaWAN、LoRa聯盟的由來及簡介
# NB-IoT與LoRa的巔峰對決不是你想的那樣
# 想快速全面了解LoRa？看這篇就夠了！
# 由台北 IoT 平台聊 LoRA & LPWAN (1) - LoRA & LoRaWAN
# 低功耗廣域網（LPWAN）- LoRa連接
# 主流的LPWAN技術，無非就這幾種!
# 從技術到應用對比LoRa、NB-IoT，企業如何正確打開物聯網大門？
# NB-IoT究竟是什麼？終於有人講透了

2018-06-04 :

今天在秋葉原的 LoRa 模組看到 LoRa 的通訊模式說明, 值得參考 :

# LORA模組 ATK-LORA-01無線串口模組 SX1278 433M 20db TTL串口

向露天 livinghuang 採購零件一批

向露天賣家 livinghuang  購買 LoRa 模組等零組件一批 :

# [Arduino/RPi]每個180元2個一組販售SX1278 Lora module 模組433MHz $180*2=360
# [Arduino/RPi]直插 LM35D LM35DZ 全新原裝溫度傳感器 TO-92封裝 $30*4=120
# 土壤濕度計檢測模塊 土壤濕度傳感器 $30*2=60

合計 360+120+60=540+運費60=600