Беспроводные сети LoRa

Стенд предназначен для проведения лабораторно-практических работ с целью получения знаний о работе сетей LoRa, изучению алгоритмов шифрования, методов установления связи и возможностях различных режимов работы сети.

Комплектации поставки стенда

1.       Устройство «Отладочный модуль LoRa» (2 шт.)

2.       Модуль «Микроконтроллер Atmega32» (2 шт.)

3.       Устройство связи с компьютером: мост USB-LoRa (1 шт.)

4.       Ноутбук с предустановленным программным обеспечением (1 шт.)

5.       Антенны диапазона 433/470 МГц (3 шт.)

6.       Комплект учебно-методических пособий (2 шт.)

Функциональность стенда и его структура

Стенд представлен несколькими составляющими, ниже дано подробное описание каждого компонента.

Устройство «Отладочный модуль LoRa»

Устройство позволяет изучить работу приёмопередатчика интерфейса LoRa, его взаимодействие с базовой периферией, а также режимы энергопотребления. Также данный модуль оснащен измерителем тока и напряжения, с помощью которых можно контролировать потребление энергии приемопередатчика. Порты ввода/вывода трансивера выведены на лицевую панель для подключения периферии. К приемопередатчику через разъемы на лицевой панели модуля, или воспользоваться модулем «Микроконтроллер ATMEGA32 и устройства ввода-вывода», подключив его через порты ввода вывода.

Для отслеживания и управления питанием модуля на лицевой стороне имеется цветной графический дисплей, на котором отображается информация о состоянии приемопередатчика. Под дисплеем располагаются емкостные кнопки для управления. Для удобства имеются светодиоды, информирующие о наличии питания для всего модуля и отдельно для приемопередатчика.

Для питания модуля и связи его с компьютером используется интерфейс USB.

Состав модуля LoRa

  1. Кнопка включения устройства с ёмкостным принципом срабатывания и защитой от непреднамеренных нажатий.
  2. Кнопка включения LoRa-трансивера с ёмкостным принципом срабатывания и защитой от непреднамеренных нажатий.
  3. LoRa приёмопередатчик, некоторые линии ввода/вывода выведены на лицевую панель.
  4. Аналоговый датчик освещенности на основе фоторезистора.
  5. Аналоговый датчик температуры с кнопкой включения подогревателя.
  6. Потенциометр для генерации аналогового сигнала.
  7. Фильтр низких частот.
  8. Два кнопочных выключателя с нормально разомкнутыми контактами.
  9. Два светодиода для индикации логических уровней.
  10. Генераторы фиксированных логических уровней «0» и «1».
  11. Многофункциональный дисплей с ёмкостными клавишами управления, с возможностью отображения:
    1. Потребляемой устройством тока и мощности
    2. Режимом работы устройства
    3. Служебной информации о работе LoRa-модуля
    4. Напряжения на входах АЦП1 и АЦП2.

Технические характеристики модуля LoRa

  • Модульная спектральная модуляция LoRa
  • Максимальная дистанция работы до 15км по прямой.
  • Мощность в режиме передатчика + 20 дБм-100 мВт
  • Чувствительность в режиме приёмника не хуже -148dBm.
  • Полудуплексная связь SPI для работы с управляющим микроконтроллером.
  • Скорость передачи до 300 Кбит/с.
  • Поддержка модуляции FSK, GFSK, MSK, GMSK, LoRaTM и OOK
  • 127 дБ динамического диапазона RSSI.

Модуль «Микроконтроллер ATmega32»

В реальных устройствах с беспроводной связью имеют узел управления (процессоры, контроллеры), поэтому в состав стенда входит модуль микроконтроллера, что позволяет приблизить учебный стенд к функционально законченному устройству, и расширить диапазон его применения. В результате обучаемый не просто знакомится с технологией LoRa, а имеет макет готового устройства (например, электронный термометр c передачей температуры через LoRa).

Состав модуля «Микроконтроллер ATmega32»

  1. Микроконтроллер, порты ввода-вывода которого выведены на лицевую панель.
  2. Жидкокристаллический цифро-буквенный дисплей.
  3. Семисегментный индикатор.
  4. Светодиоды для индикации логических уровней (8 шт.).
  5. Потенциометр для генерации аналоговых сигналов.
  6. Генератор импульсов на 50 Гц.
  7. Два независимых RC-фильтра нижних частот.
  8. 10-канальный генератор логических уровней.
  9. Кнопка сброса целевого микроконтроллера.
  10. Программатор целевого микроконтроллера с поддержкой протокола STK500.

Технические характеристики микроконтроллера

  • Основан на базе RISC-архитектуры;
  • Тактовая частота 8 МГц;
  • FLASH память программ объемом 32 Кбайт;
  • Энергонезависимая память объёмом 1024 байт EEPROM;
  • Внутренняя память данных SRAM объёмом 2 КБайт;
  • Внешние и внутренние источники прерываний;
  • 4 раздельных порта ввода-вывода с настраиваемыми линиями;
  • Аппаратные модули USART, TWI (I2C), SPI;
  • 10-разрядный аналогово-цифрового преобразователь с 8-разрядным мультиплексором входных сигналов.

Устройство связи с компьютером

 

Для работы с модулями в комплект стенда входит адаптер, который позволяет управлять LoRa приёмопередатчиком при помощи компьютера, без микроконтроллера. В комплекте поставляются необходимое ПО и драйвера.

Ноутбук

Для работы с модулями в комплект стенда входит ноутбук с предустановленным программным обеспечением для управления модулями.

Комплект антенн LoRa

Для исследования влияния антенн на качество работы LoRa сетей в комплект стенда включены несколько антенн с различными характеристиками.

Комплект учебно-методических пособий

В комплект стенда входит методическое пособие, состоящее из 3 частей: теоретическая часть, описание работы со стендом и лабораторные работы.

Перечень лабораторных работ

  1. Устройство LoRa сетей, их приёмников и передатчиков. Диапазоны передачи. Измерения уровней сигналов, выбор скорости передачи. Виды антенн и их эффективность.

2.       Режимы работа LoRa устройств, работа с портами ввода-вывода, подключение периферийных устройств к модулю.

3.       Взаимодействие нескольких модулей в одном диапазоне, управление модулями при помощи микроконтроллеров.

4.       Режимы энергосбережения модулей, выбор режима работы в зависимости от условий питания.

5.       Дальность работы модулей в зависимости от энергопотребления, скорости передачи и объёма данных.