Netradiční použití modulů LoRa

DPS 4/2023 | Články
Autor: Antonín Juránek, OK7AJ, OK2-25618

Před nějakou dobou jsem zaregistroval použití technologie LoRa [1] v oblastech, které mne jako radioamatéra zajímají − příjem signálů ze satelitů a signálů z meteorologických sond. Rozhodujícím impulsem věnovat se této technologii byla komunikace s kolegou DL8RCB z Německa. Navíc jsem hledal témata pro radiotechnický kroužek na VOŠ, SŠ, COP v Sezimově Ústí, který vedu, přičemž odezva jeho členů byla pozitivní a okamžitá.

I když LoRa moduly existují i pro jiné kmitočty, rozhodl jsem se pro pásmo 433 MHz. Potřebný modul (LilyGO TTGO LoRa32 T3_V1.6.1 433Mhz 0.96" SMA WiFi Modul) jsem díky internetovému obchodu [2] získal obratem, a tak mohly experimenty hned začít. Zbývá snad jen vysvětlit, že za dlouhým názvem modulu, který je zobrazen na obr. 1, se skrývá LoRa IoT platforma s integrovaným Bluetooth a WIFI modulem ESP32, doplněná o OLED displej velikosti 0,96".

Obr. 1 Modul LilyGO TTGO LoRa32 na 433 MHz

Příjem signálů z meteorologických sond

Prvním projektem, který je zde zmíněn, je příjem signálů z meteorologických sond. Systém aerologických měření je podrobně popsán v článku Českého hydrometeorologického ústavu [3] a na webové stránce [4], která se sondami zabývá (Radiosonda.sk). Inspiraci jsem také čerpal na webové stránce MySondy GO [5], kde jsem našel dostupné konfigurační návody a odkazy na stažení aplikačního softwaru.

Po připojení modulu k počítači lze provést jeho konfiguraci. Tento proces je dobře popsán v podrobném návodu [5]. Po stažení nejnovějšího instalačního balíčku a spuštění instalačního souboru (*.exe) lze vybrat v okně instalátoru desku ESP32, načíst soubor MySondyGO.bin a zvolit odpovídající port počítače. Po aktivaci nabídky START dojde k nahrání firmwaru do modulu, přičemž jeho úspěšné zavedení je signalizováno okénkem FINISH. Následně se pomocí tlačítka RESTART na desce modulu připraví modul k použití.

V dalším kroku se do mobilního telefonu nahraje a nainstaluje aplikace MySondy GO [6]. Ta umožňuje zpracovat rádiové signály ze sondy připojením telefonu k modulu TTGO LoRa 32 (433 MHz) přes Bluetooth, přičemž zobrazuje polohu sondy, polohu telefonu a všechna další data přijatá na mapě. Popis nastavení pracovního prostředí je podrobně popsán na webové stránce MySondy GO [5]. Nakonec se mobilní telefon musí ještě spárovat s LoRa modulem pomocí Bluetooth.

Nutnou součástí stanice je anténa, kterou si lze i vyrobit. Protože sondy vysílají v pásmu přibližně 400 až 406 MHz, vhodnými typy jsou například antény GP nebo Slim-Jim. Jejich správnou velikost lze zjistit pomocí kalkulátoru rozměrů antény [7]. Zhotovená anténa se bude hodit i pro další popsaný projekt.

Zbývá vyřešit napájení modulu, což lze provést i pomocí power banky. Modul je vhodné umístit například do krabičky vyrobené 3D tiskem [8], jak je vidět na obr. 2.

Obr. 2 Finální podoba staničky pro příjem signálů z meteorologických stanic

V čase předpokládaného příjmu se v aplikaci na mobilním telefonu nastaví data, jako jsou kmitočet a typ sondy, která se tím přenesou do připojeného modulu. V okamžiku příjmu signálu se na displeji modulu zobrazí kmitočet, typ sondy a výrobní číslo, její poloha, stav napájení a intenzita signálu (obr.1). V aplikaci mobilního telefonu se naopak zobrazí poloha sondy na mapovém podkladu, kmitočet, výška a rychlost sondy, úroveň signálu, směr a vzdálenost od sondy a stanoviště stanice (obr. 3).

Obr. 3 Poloha a dráha sondy

Příjem satelitů

V tomto případě je potřeba vzít na vědomí, že vzdálenosti pro cestu signálu jsou výrazně větší. Zajímavým projektem pro příjem satelitů, které podporují technologii LoRa, je TinyGS [9], který navíc podporuje příjem a dekódování jejich signálů v celosvětovém měřítku. Jedná se o globální síť monitorovacích stanic, do které se může kdokoliv zapojit. Seznam satelitů, jejichž signály lze přijímat, včetně jejich stručného popisu a obrázku, je dostupný na webové stránce [10].

I v tomto případě lze použít modul uvedený v předchozím projektu pro sledování meteorologických sond, včetně antény a vyrobené krabičky. Díky podrobnému popisu projektu uvedeného na webové stránce [11] je i začátečník schopen postavit stanici a zapojit se do celosvětové monitorovací sítě podobných nadšenců. Postup je v základě následující:

Z webové stránky [12] se stáhne firmware a modul se připojí kabelem k počítači. Po spuštění instalačního souboru (TinyGS Uploader_WINDOWS.exe) se zobrazí okno Upload TinyGS firmware. Zde lze vybrat port, ke kterému je modul připojený, a zahájit konfiguraci stanice po aktivaci povelu Upload TinyGS firmware. V dalším kroku se modul od počítače odpojí a opětovně připojí, čímž se v počítači objeví nová síť s názvem My TinyGS. Po zapsání adresy (http:// 192.168.4.1.) ve webovém prohlížeči je počítač připojen k modulu a připraven k nastavení pod záložkou Configure parameters, kde lze zadat následující údaje:

Zvolený název stanice
Název a heslo sítě WiFi pro připojení na internet
Zeměpisné souřadnice umístění stanice v desítkové soustavě (zde pomohou například mapy.cz)
Časovou zónu − Europe/Prague
MQTT − uživatelské jméno a heslo (Je generováno přihlášením do skupiny tinyGS Community na sociální síti TELEGRAM [13]. Poznámka: V této skupině je navíc možné se dozvědět mnoho zajímavých věcí z oblasti HW a SW, satelitů a akcí.)
Typ připojeného modulu, přičemž se jas displeje nastaví na 1
Ostatní přednastavené parametry lze ponechat

Po odsouhlasení nastavení se na displeji modulu zobrazí informace o dané stanici (obr. 4) a po určité době na webové stránce (https://tinygs.com/) informace o provozu stanice a zachycených satelitech s údaji telemetrie (obr. 5 a 6).

Obr. 4 Informace na displeji modulu

Obr. 5 Informace o provozu stanice na https://tinygs.com

Obr. 6 Příklad přijaté telemetrie satelitu GaoFen-7

Závěr

V článku jsem chtěl ukázat příklady netradičního použití modulu LoRa při příjmu radiotechnických signálů. Nejedná se o podrobný návod, protože cílem bylo uvést základní informace a odkazy na zdroje, které umožní zájemci pokračovat dále. Oba projekty zaujaly členy našeho radiotechnického kroužku natolik, že si obě stanice postavili. Naše stanice COPsu pracuje v testovacím režimu a můžete ji sledovat na stránce [14]. Pokračujeme ale dále a testujeme nový modul LoRa s GPS pro náš další projekt LoRa APRS. Doufám, že za určitý čas uvidíme na mapě i další stanice z ČR zapojené do projektu TinyGS.

Odkazy

[1] https://vyvoj.hw.cz/rf-wireless/lora-technology-plocha-rozsahla-dat-poskrovnu-a-spotreba-skoro-zadna.html

[2] https://www.laskakit.cz/lilygo-ttgo-lora32-t3_v1-6-433mhz-0-96--sma-wifi-modul/

[3] https://www.chmi.cz/informace-a-sluzby/nalezli-jste-radiosondu

[4] https://www.radiosonda.sk/

[5] https://mysondy.altervista.org/mysondygo.php

[6] https://play.google.com/store/apps/details?id=org.mysondy.altervista.mysondygo&hl=cs&gl=US&pli=1

[7] https://m0ukd.com/calculators/slim-jim-and-j-pole-calculator/

[8] https://www.thingiverse.com/thing:3932581?fbclid=IwAR2uWuwWE0YU9QPuAoWeeUYdh5MuswaHZ-LPI08AHvp2wniV91YYk7JG_bQ

[9] https://tinygs.com/

[10] https://tinygs.com/satellites

[11] https://github.com/G4lile0/tinyGS