Пристрої радіозв’язку LoRa для Raspberry Pi

Потрібно передати дані з проекту на базі Raspberry Pi, який знаходиться за межами зони дії домашньої мережі Wi-Fi? Звісно, можна скористатися подовжувачем Wi-Fi або дуже довгим кабелем Ethernet (до 100 м), але є й інші, більш надійні рішення, які ми розглянемо в цій статті.

LoRa — це радіосистема великого радіусу дії, здатна передавати невеликі пакети даних із низькою швидкістю передачі (від 300 біт/с до 50 кбіт/с), що ідеально підходить для датчиків Інтернету речей (IoT) та подібних пристроїв. Її головна перевага — стійкість до шуму та перешкод, що забезпечує дальність дії до 15 км (9 миль) у сільській місцевості. Вузли LoRa можуть обмінюватися даними між собою, або ви можете використовувати шлюз LoRaWAN для прийому даних з декількох каналів — як існуючих, наприклад, у мережі The Things Network, так і власних.

Для (значно) вищих швидкостей передачі даних існує мережа мобільного зв’язку 4G. Тут ми розглянемо кілька додаткових рішень, а також окремий GPS-модуль для надзвичайно точного визначення місцезнаходження та позначення часу.

Увага!

Правила радіозв’язку!

LoRa використовує радіодіапазони ISM (промислові, наукові та медичні). У цих діапазонах будь-хто може здійснювати передачу без ліцензії, але необхідно дотримуватися регіональних параметрів, встановлених місцевими органами влади (наприклад, Ofcom у Великій Британії, FCC у США, ETSI в Європі). До них належать обмеження щодо радіочастоти, коефіцієнта заповнення та потужності передачі.

Зазвичай існують також суворі обмеження щодо передачі в інших радіодіапазонах, таких як FM. Перед початком роботи завжди перевіряйте законодавство вашої юрисдикції.

Модуль вузла LoRa SX1262 для Raspberry Pi Pico

Цей модуль Waveshare LoRa (14 фунтів стерлінгів/19 доларів) побудований на базі приймально-передавача SX1262, який забезпечує вищу енергоефективність та дещо більшу дальність дії, ніж попередня модель SX1276. Плата оснащена двома гніздами, тож для підключення до неї достатньо лише Raspberry Pi Pico, обладнаного штекерами. Вона навіть виводить контакти Raspberry Pi Pico на верхню частину плати.

Окрім самого модуля LoRa, у комплект входить додатковий LiPo-акумулятор ємністю 600 мА·год і напругою 3,7 В, підключений до зарядного пристрою мікросхеми плати, тож ви повністю готові до дистанційного живлення.

Зверніть увагу: хоча The Pi Hut продає версію цього модуля LoRa в діапазоні 868 МГц для використання в Європі (включно з Великою Британією) у комплекті з «відгалуженою» антеною, Waveshare пропонує три версії, кожна з яких налаштована на іншу частоту — обов’язково оберіть ту, що підходить для вашого регіону.

Хоча документація Waveshare не надто проста для розуміння, існують бібліотеки на C/C++ із прикладами коду, які можна випробувати — бібліотек для MicroPython немає, але можна скористатися існуючою бібліотекою для SX126x.

Висновок

Чудове співвідношення ціни та якості, у комплекті — LiPo-акумулятор та антена.

Perpetuo LoRa

Завдяки вбудованому мікроконтролеру Raspberry Pi RP2350 (такому самому, як у Raspberry Pi Pico 2) ця універсальна плата LoRa (21 фунт стерлінгів/28 доларів) має все необхідне для початку зв’язку з шлюзом мережі LoRaWAN. Крім того, її можна використовувати в простій конфігурації «рівний-рівному» з іншим вузлом LoRa.

Оснащений радіомодулем Embit EMB-LR1276S LoRa, Perpetuo працює на носійній частоті 868 МГц, що відповідає британським та європейським стандартам, з використанням прошивки за замовчуванням, але його можна налаштувати для роботи в діапазоні 915 МГц. Вам також знадобиться відповідна зовнішня радіочастотна антена — надзвичайно важливо підключити її перед увімкненням цієї або будь-якої іншої плати LoRa, інакше ви можете спричинити її пошкодження.

Завдяки режиму низького енергоспоживання Perpetuo є дуже енергоефективною. Живлення забезпечується LiPo-акумулятором (не входить до комплекту), який можна заряджати через порт USB-C. Останній можна використовувати разом із додатковою сонячною панеллю (зазвичай через стабілізатор напруги), щоб плата працювала безперервно в автономному режимі. Роз'єм Qwiic/STEMMA QT дозволяє легко підключити один або кілька датчиків. Крім того, плата має 32 стандартні виводи, у тому числі 20 GPIO.

Вердикт

Енергоефективний вузол LoRa зі зручним портом Qwiic/STEMMA QT.

Радіомодуль LoRa з OLED-дисплеєм

Цей модуль LoRa «Bonnet» (31 фунт стерлінгів/42 долари) можна встановити на роз’єм GPIO будь-якого стандартного 40-контактного комп’ютера Raspberry Pi. Хоча на сайті Adafruit він позначений як «915 МГц», він може працювати як у північноамериканському/австралійському діапазоні ISM 915 МГц, так і в європейському діапазоні 868 МГц — вам просто потрібно переконатися, що у ваших програмах встановлено правильний діапазон для вашого регіону. На щастя, прошивка та бібліотеки CircuitPython спрощують налаштування та використання цієї плати порівняно з деякими іншими моделями.

Ще однією перевагою є OLED-екран розміром 128 × 32, який можна використовувати для відображення повідомлень про стан. Також є три крихітні кнопки, за допомогою яких можна створити користувацький інтерфейс або надіслати тестові повідомлення.

Що стосується антени, її можна підключити до роз’єму U.FL на платі або навіть просто припаяти шматок дроту до контактної площадки поруч із ним. Невеликим недоліком є те, що радіомодуль RFM95W, хоч і є надійним та добре описаним у документації, використовує класичний трансивер LoRa SX1276, який не є таким енергоефективним, як деякі пізніші версії.

Вердикт

Він сумісний з будь-яким Raspberry Pi, а вбудований екран дуже зручний.​​​​​​​

Clipper HAT Mini

Якщо вам потрібно передавати з віддаленого пристрою не лише невеликі пакети даних, ідеальним варіантом стане мережа 4G. Окрім низької затримки, вона забезпечує значну пропускну здатність — ви навіть зможете транслювати відео, наприклад, з камери спостереження за дикою природою.

Компактний модуль Clipper HAT Mini (30 фунтів стерлінгів/33 долари) щільно прилягає до Raspberry Pi Zero, але також сумісний із будь-якою 40-контактною моделлю стандартного розміру за умови використання перехідника. Модуль, побудований на базі 4G LTE-модуля SIMCom A7683E, підтримує nano-SIM-картки та забезпечує швидкість завантаження даних до 5 Мбіт/с (або скачування даних — до 10 Мбіт/с). Додаткові функції включають дві кнопки користувача, світлодіодні індикатори стану та роз’єм Qwiic/STEMMA QT. Налаштувати пристрій також легко за допомогою посібника для початківців від Pimoroni.

Зверніть увагу, що цей HAT призначений для роботи в діапазонах стільникового зв’язку 4G LTE Великої Британії та Європи, тому він не підходить для використання в інших регіонах. Вам також знадобиться сумісна антена для підключення до роз’єму SMA плати — компанія Pimoroni пропонує коротку антену (52 мм) за ціною менше 4 фунтів.

Вердикт

Вигідна у ціні компактна плата 4G.​​​​​​​

PA1010D — модуль розширення для GPS

Хоча ця мініатюрна роз'ємна плата від Pimoroni позиціонується як GPS-плата, після оновлення її прошивки вона також працюватиме з системою GALILEO ЄС (серед інших). Це означає, що ви зможете визначати своє місцезнаходження, а також отримувати надзвичайно точний час, де б ви не знаходилися у світі.

Завдяки вбудованій антені та низькому енергоспоживанню модуль PA1010D (30 фунтів стерлінгів/33 долари) розміром з поштову марку ідеально підходить для невеликих проектів майстрів, що потребують даних про місцезнаходження. Скануючи сигнали від супутників, він підтримує до 210 каналів псевдовипадкового шуму (PRN), з яких 99 — пошукові, а 33 — канали одночасного відстеження. У більшості випадків, за відсутності серйозних перешкод, він повинен визначити ваше точне місцезнаходження протягом декількох секунд.

Конструкція плати відповідає форм-фактору Breakout Garden від Pimoroni, тому її можна встановити в модуль Breakout Garden HAT для Raspberry Pi. Крім того, можна припаяти один із двох наданих штекерних роз’ємів і підключити плату безпосередньо до контактів GPIO.

Бібліотека Python від Pimoroni спрощує налаштування програмного забезпечення. Ви навіть можете використовувати цей роз'ємний модуль із Raspberry Pi Pico за допомогою модуля PA1010D MicroPython від Майкла Белла.

Ведикт

Ідеально підходить для мобільних проектів, дозволяючи відстежувати ваше точне місцезнаходження.​​​​​​​

SIM7600G-H — модуль 4G HAT для Raspberry Pi

Якщо вам потрібно передати великий обсяг даних, цей модуль 4G HAT (80 фунтів стерлінгів/107 доларів) стане вам у нагоді, де б ви не знаходилися. Його 4G-модуль промислового класу SIM7600G-H розроблений для роботи в будь-якому регіоні (літера «G» у назві означає «глобальний») і підтримує весь спектр частот стільникового зв’язку 4G. Він також підтримує мережі 3G і 2G і навіть може обробляти SMS-повідомлення та телефонні дзвінки (завдяки підключенню навушників до роз’єму 3,5 мм).

Як модель LTE Cat 4, вона може передавати дані зі значно вищою швидкістю, ніж модуль Cat 1bis, наприклад, той, що встановлений на Clipper HAT Mini: до 50 Мбіт/с на завантаження (150 Мбіт/с на скачування), хоча реальні швидкості можуть бути дещо нижчими залежно від якості сигналу. Для підключення пристрою до Raspberry Pi (а також до роз’єму GPIO) використовується USB-кабель (входить до комплекту).

HAT постачається у комплекті з широкосмуговою антеною LTE 4G та антеною для GPS — так, у ньому також вбудована ця функція, яка підтримує різні системи позиціонування.

Вердикт

Висококласний модуль 4G HAT із швидшою передачею даних та вбудованим GPS.​​​​​​​

Концентратор LoRaWAN iC880A-SPI

Ви можете створити власний багатоканальний шлюз LoRaWAN за допомогою комп’ютера Raspberry Pi та відповідної плати-«концентратора». Для використання в Європі (включно з Великою Британією) ця модель, що працює на частоті 868 МГц (149 євро), повністю сумісна з The Things Network та Stack; для інших регіонів рекомендуємо ознайомитися з лінійкою плат RAK.

Більше подібних матеріалів ви знайдете в офіційному журналі Raspberry Pi

Ця стаття була опублікована у випуску №167 офіційного журналу «Raspberry Pi Official Magazine», з яким можна ознайомитися онлайн. Ви також можете оформити передплату на друковану версію нашого журналу. Ми не тільки здійснюємо доставку по всьому світу, але й тим, хто оформить передплату на шість або дванадцять місяців, подаруємо БЕЗКОШТОВНИЙ Raspberry Pi Pico 2 W!

Ви можете знайти офіційний журнал Raspberry Pi Official Magazine у Facebook, X, Threads, LinkedIn, та Mastodon. Ви також можете зв’язатися з командою електронною поштою: [email protected]