Урок 16. LORA. СигналМетр

[Dimi]

Цель урока

Привет! Сегодня мы познакомимся с модулями LORA не на словах, а на деле. Напишем скетч для приемника и для передатчика с использованием M5 UI for Arduino IDE. Проведём полевые испытания как со встроенной антенной, так и с внешней самодельной антенной J-типа (рис. 1).

Рисунок 1

Этот урок научит: использовать M5 UI for Ardino IDE совместно с беспроводными модулями связи LORA. Изготавливать внешнюю антенну J-типа на частоту 433 МГц. Проводить полевые испытания по измерению радиуса действия беспроводной сети.

Краткая справка

Перечень компонентов для урока

• PC;
• M5STACK (2 шт.);
• кабель USB-C из стандартного набора (2 шт.);
• Дополнительные модули LORA (2 шт.);
• Пластиковый корпус для антенны (2 шт.);
• Провод заземления медный (16 мм2) 140 см;
• Термоклей;
• Паяльник и припой;
• Дрель и сверла;
• Канцелярский нож;
• Кусачики;
• Линейка;
• Дополнительный аккумулятор (2 шт.).

Начнём!

Шаг 1 Добавим UI, так красивее и удобнее ;)

Используя навыки полученные в прошлых уроках создадим два графических интерфейса: один для приёмника, второй для передатчика в M5 UI Designer for Arduino IDE (рис. 2).

Рисунок 2

На передатчике: для того, чтобы начать/остановить передачу необходимо нажать кнопку B (на самом устройстве).

На приёмнике: никаких действий от пользователя не требуется для начала работы.

Шаг 2. Полевой тест встроенной антенны

Однажды мы знакомились с модулем LORA (рис. 3). Встроенная антенна представляет собой печатную плату с нанесенной дорожкой, длина которой соответствует длине волны.

Рисунок 3

Подключение антенны к модулю LORA не внушает особого доверия, так как эта антенна предназначена прежде всего для проведения лабораторных испытаний; Для использования большего потенциала модуля необходимо подключать внешнюю антенну. Всё же встроенная антенна имеется, поэтому не стоит выпускать её из вида - проведем полевые тесты на измерение расстояния радиуса действия.

В общем передача пакетов неплохо осуществляется на расстоянии лишь до 20 метров от передатчика (рис. 3.1).

Рисунок 3.1

На рисунке 3.2 видны два столба. На ближнем столе располагается передатчик. На дальнем столбе прием сигнала практически невозможен.

Рисунок 3.2

Шаг 3. Изготовление антенны J-типа

Возьмите провод заземления медный и снимите с него изоляцию с помощью канцелярского ножа.

Внимание! Будьте предельно осторожны не направляете лезвие ножа в свою сторону. Если Вы не достигли совершеннолетнего возраста - попросите взрослых помочь Вам.

Далее разделите проволоку на две равные части с помощью кусачиков (рис. 4).

Рисунок 4

Теперь строго по рисунку 4.1 сделайте изгибы и метки, где необходимо подключать кабель.

Рисунок 4.1

Возьмите дрель, паяльник, термоклей и закрепите антенну и модуль на корпусе (рис. 4.2).

Рисунок 4.2

Отлично! Антенна готова к испытаниям.

Шаг 4. Полевой тест самодельной внешней антенны J-типа

Первое, что сделаем - закрепим передатчик на том же самом месте на том же самом столбе (рис. 5).

Обратите внимание: антенна должна быть строго перпендикулярна горизонту для достижения максимальной эффективности излучения радиоволн.

Рисунок 5

Второе или "наверстаем упущенное" - давайте вернёмся ко второму столбу, где связь в прошлый раз прекратилась (рис 5.1).

Рисунок 5.1

Класс! Связь теперь есть, но не стоит забывать, что это всего примерно 20 м от передатчика. Давайте посмотрим куда направлена антенна передатчика, выберем объекты ориентира (рис. 5.2) и начнём удаление.

Рисунок 5.2. Объекты ориентира

После прибытия к месту первого ориентира (рис. 5.3), который расположен на расстоянии ~200 м (рис. 5.4).

Рисунок 5.3. Первый объект ориентира - жёлтое дерево

Рисунок 5.4. Расстояние до первого объекта ориентира

Были получены следующие данные на приёмнике (рис. 5.5). Пакеты принимаются последовательно без задержек и пропусков. Сигнал RSSI -94 дБ.

Рисунок 5.5

Поскольку первый ориентир прошел испытание, продолжим движение ко второму (рис. 5.6).

Рисунок 5.6

Второй объект ориентира расположен на расстоянии ~700 м от передатчика (рис. 5.7).

Рисунок 5.7

На экране приёмника пакеты приходят (рис. 5.8), но при условии того, что антенна перпендикулярно расположена к передатчику.

Рисунок 5.8

Так как и второй ориентир оправдал наши надежды. Давайте попробуем добраться до третьего ориентира. Упс! Не удалось, на половине пути (~2.4 км) (рис. 5.9) сигнал исчез полностью (рис. 5.10).

Рисунок 5.9

Рисунок 5.10

Завершающий шаг

На этом оба эксперимента завершены. Безусловно, самодельная внешняя антенна J-типа показала наилучшие результаты по сравнению встроенной. Расстояние удалось увеличить приблизительно в 50 раз. На этом урок завершён. Делайте антенны, испытывайте их, добивайтесь лучших результатов!

Downloads

• Скетчи (GitHub): https://github.com/dsiberia9s/Lesson-16.-LORA.-SignalMeter
• Видео. Эпизод №1 (YouTube): https://youtu.be/2mWAu6X_v-U
• Видео. Эпизод №1 (YouTube): https://youtu.be/uo6YWy8AYZE