Introduccion LoRa & Modulo RFM95 Hoperf

En esta oportunidad realizaremos una breve caracterización sobre LoRa™ y específicamente los Radio RFM95/96 fabricados por Hoperf Electronics. Desde hace unos meses llegaron 2 módulos, inicialmente quiero realizar una introducción sobre el tema que desde hace mucho tenia pendiente.

Personalmente desde hace mucho tiempo deseaba realizar pruebas con LoRa, tomando como base el tutorial Internet de las cosas: LoRa, larga distancia, baja potencia de automatizanos.com, se hablara un poco sobre redes LPWAN (en inglés, Low Power Wide Area Network) permiten un bajo consumo de energía en un área de cobertura amplia, también conocida como larga distancia..

Aclaremos inicialmente que LoRa y LoRaWAN no son lo mismo:

  • LoRa es la capa física  o en palabras sencillas es la modulación , el modem o radio, el hardware.
  • LoRaWAN es el protocolo de la red o la arquitectura que trabaja sobre LoRa.

Que es LoRa?

LoRa™ es una tecnologia de radio Largo-Alcance en ingles”Lo ng- Ra nge” su principales caracteristicas:

  1. Su modulacion de espectro ensanchado permite un alcance significativamente mayor a otras tecnologías.
  2. La alta sensibilidad  (-168dB) combinada con alta inmunidad a la interferencia.
  3. Bajo Consumo (hasta 10 años con una batería, bueno depende de ciertas caracteristicas).
  4. Baja transferencia de datos (hasta 255 bytes).

Aplicaciones

Se considera que se pueden hacer las siguientes aplicaciones:

  1.  Lectura automática del medidor.
  2.  Domótica y Automatización de Edificios.
  3. Alarma inalámbrica y sistemas de seguridad.
  4. Monitoreo y control industrial.
  5.  Sistemas de riego de largo alcance.

Informacion completa: lora-alliance.org.

imagen tomada de : https://iot.ieee.org

imagen tomada de : https://iot.ieee.org





 

Consideraciones

Bandas ISM

LoRa™ opera en un espectro abierto o banda ISM de las siglas en ingles “Industrial, scientific and medical (ISM) radio bands”   usos para la radiofrecuencia que no sea telecomunicaciones.

Asignacion de Frecuencias

Se debe tener en cuenta las bandas ISM  en las que trabajara nuestro dispositivo dependiendo de nuestra ubicacion “Pais, Region  o Continente” Existen tablas en las cuales se indica la asignaciones nacionales de frecuencias y utilizacion bajo la responsabilidad de la autoridad nacional.

Mayor informacion: Bandas ISM y tabla asignacion de frecuencias, fuente Wikipedia.

El reglamento de Radiocomunicaciones internacional ha dividido el mundo en 3 regiones para organizar el espectro radioelectrico,

  • La Región 1 comprende Europa , África , la antigua Unión Soviética , Mongolia y el Medio Oriente al oeste del Golfo Pérsico , incluido Iraq .
    • El límite occidental está definido por la Línea B.
  • La Región 2 abarca las Américas, incluida Groenlandia , y algunas de las islas del Pacífico oriental .
    • El límite oriental está definido por la Línea B.
  • La Región 3 contiene la mayor parte de Asia no perteneciente a la ex Unión Soviética ( FSU), al este de Irán , incluida la mayoría de Oceanía.

Referencias

https://lowpowerlab.com
imagen tomada:  https://lowpowerlab.com

Rangos detallados:

Buscando específicamente la frecuencia asignada a mi país Colombia ubicado en Suramérica, es la misma utilizada en  Norteamérica, 915.0 MHz en un rango entre 902 y 928Mhz.

Mas información: consideraciones LoRa lowpowerlab.com





 

Que ocurre si mi utilizo otra frecuencia?

Recomiendo utilizar la frecuencia asignada, en caso de utilizar otra frecuencia, desconozco el marco legal de cada pais referente al tema, pero supongamos que yo utilizara 868 MHz, posiblemente si mi aplicación funcionaria, pero esa frecuencia reservada podría ser para cualquier otra cosa, podrían ser redes telefonía celular, aunque mi modulo quizás no afectara esas redes pero mi aplicación tendría mucha interferencia.

Condiciones de entorno

Existe gran variedad de radios y la calidad y el rendimiento de los radios depende del entorno, los mejores resultados se obtienen con:

  1. Ambiente al aire libre
  2. Sin obstáculos, muros o paredes
  3. No hay radio de alto nivel que interfiera en la banda ISM 868 – 915MHz.
  4. Al menos 1 metro sobre el suelo.
  5. Máximo 15 kilómetros en un entorno suburbano y máximo 2 kilómetros en un entorno urbano denso, depende de la calidad del radio.

Modulo RFM95 de Hoperf

He elegido el Radio-Modem  RFM95 de Hoperf electronics, dado que veo que ya existen integraciones con las plataformas ya utilizadas como Arduino, ESP8266, Raspberry pi y supongo que con ESP32, realmente son muy populares .

En el mercado existen gran variedad de modulos, para realizar una selección correcta tener en cuenta  el espectro de frecuencia de la región en la que están ubicados, en mi caso en Colombia (America del Sur) ISM es de 915.0 MHz.

  • El modulo RF95 es para  915.0 MHz, marcado de fabrica en la parte trasera del pcb.
  • ATENCION:  Voltaje de funcionamiento 3.3V Recomendado,   MIN 1.8V  –  MAX 3.7V, Se puede conectar directamente a los ESP8266 y arduino pro a 3.3v, para otras plataformas a 5v utilizar convertidores de voltaje.
  • La configuración y comunicación del modulo se realiza via Bus SPI 4 hilos, implementada en técnicamente todos los microcontroladores.
  • Tiene 6 Gpio configurables por software, generalmente son interrupciones ligadas al funcionamiento del RFM95.
  • Aunque se puede configurar como modem LoRa TM tambien permite configurarse como modem FSK/OOK y los estandares GFSK, MSK y GMSK.

Datasheet completo RFM95/96/97/98(W) 

RF96 / RFM95 de Hoperf Vista Frontal 915.0Mhz PDAControl

RF96 / RFM95 de Hoperf Vista trasera 915.0Mhz

Caracteristicas

  • Módem LoRa TM.
  • Presupuesto de enlace máximo de 168 dB.
  • +20 dBm – 100 mW de salida de RF constante frente al suministro de V.
  • +14 dBm de alta eficiencia PA.
  •  Velocidad de bits programable de hasta 300 kbps.
  •  Alta sensibilidad: hasta -148 dBm.
  • Parte delantera a prueba de balas: IIP3 = -12.5 dBm.
  •  Excelente inmunidad de bloqueo.
  • Corriente RX baja de 10,3 mA, 200 nA de retención de registro.
  • Sintetizador totalmente integrado con una resolución de 61 Hz.
  • Modulación FSK, GFSK, MSK, GMSK, LoRa TM y OOK.
  • Sincronizador de bits incorporado para la recuperación del reloj.
  •  Detección de preámbulo.
  •  127 dB Dynamic Range RSSI.
  • Sensores de RF automáticos y CAD con AFC ultrarrápido.
  •  Paquete de motor de hasta 256 bytes con CRC.
  •  Sensor de temperatura incorporado e indicador de batería baja.
  •  Tamaño del módulo: 16 * 16 mm





 

Materiales y donde comprarlos Baratos!!!

Nota: Para realizar pruebas se recomienda tener 2 radios RFM95, uno solo no sirve.

 

Video: Introduction LoRa & Module RFM95 Hoperf Electronics

Resumen

Distancia Máxima LoRa:
Max 15-20Km suburbano/ aire libre , 2Km urbano, depende de la calidad del Radio, linea de vista, muros paredes, etc.

Baja corriente de RX de 10,3 mA, 200 nA registro de retención, segun el datasheet de RFM95, pendiente a realizar pruebas.

En algunos blog indican consumo del RFM95 en modo sueño  0.7 μA.

Los radios no requieren ser asociarlos, emparejarlos, escaneados  técnicamente que estén en la misma frecuencia y/o clave de cifrado, y enviar y recibir.

LoRaWAM es un bastardan para redes de baja potencia y larga distancia  LPWAN (en inglés, Low Power Wide Area Network) con todos los requerimientos  para el Internet de las cosas, se podría decir que es un protocolo ya definido para usar sobre la modulación LoRa, Mas adelante realizaremos algunas pruebas.

LoRaWAN : fuente Wikipedia

Frecuencia no requiere licencias dado que utiliza la banda ISM libre de licencias





 

Consideraciones y recomendaciones

Antes de comprar el radio loRa verificar la frecuencia  de tu zona – pais o region, si se podria comprar con cualquier banda/frecuencia pero lo mas recomendable estar en las bandas permitidas en nuestro pais e investigar la normativa referente a LoRa para su país  en caso de realizar una aplicación en grande.

ATENCIÓN: Tener mucho cuidado al manipular los modulos,  verificar que no estemos cargados de electricidad estática, una descarga estática podría dañar los modulos.

Conclusiones

Se podría decir que LoRa es “Envías pocos datos pero llegaran mas lejos….”.

Esta tecnología tiene grandes aplicaciones en la lectura de sensores/medidores para envio de datos a larga distancia.

Se podría decir que los radios LoRa viene de fabrica con una frecuencia o banda pre-definida en mi caso 915MHz, Existen algunos radios que permiten trabajar en todas las bandas, dado que el chip puede realizar el cambio pero los filtros RC de salida de la antena son el inconveniente dado que son valores fijos.

Las distancias máximas me generan curiosidad dado que son bajo circunstancias casi ideales según el fabricante, realizaremos pruebas para verificar y validar la distancia máxima y el consumo eléctrico del modulo RFM95.

En proximos Tutoriales realizaremos la comunicacion LoRa con Esp8266 y/o Arduino , mas adelante probaremos con LoRaWAN y la plataforma The Things Network.

 

Tutorial Recomendado: Comunicación LoRa ESP8266 & Radio RFM95 #1

Comunicación LoRa ESP8266 & Radio RFM95 #1

 

Referencias

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