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.
Варианты комплектаций:
- без ноутбука, комплектация Lora
- с ноутбуком, комплектация Lora-НОУТ
Базовая комплектация поставки стенда:
- Устройство «Отладочный модуль LoRa» (2 шт.)
- Модуль «Микроконтроллер Atmega32» (2 шт.)
- Устройство связи с компьютером: мост USB-LoRa (1 шт.)
- Антенны диапазона 433/470 МГц (3 шт.)
- 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.
- Кнопка включения устройства с ёмкостным принципом срабатывания и защитой от непреднамеренных нажатий.
- Кнопка включения LoRa-трансивера с ёмкостным принципом срабатывания и защитой от непреднамеренных нажатий.
- LoRa приёмопередатчик, некоторые линии ввода/вывода выведены на лицевую панель.
- Аналоговый датчик освещенности на основе фоторезистора.
- Аналоговый датчик температуры с кнопкой включения подогревателя.
- Потенциометр для генерации аналогового сигнала.
- Фильтр низких частот.
- Два кнопочных выключателя с нормально разомкнутыми контактами.
- Два светодиода для индикации логических уровней.
- Генераторы фиксированных логических уровней «0» и «1».
- Многофункциональный дисплей с ёмкостными клавишами управления, с возможностью отображения:
a. Потребляемой устройством тока и мощности
b. Режимом работы устройства
c. Служебной информации о работе LoRa-модуля
d. 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»
- Микроконтроллер, порты ввода-вывода которого выведены на лицевую панель.
- Жидкокристаллический цифро-буквенный дисплей.
- Семисегментный индикатор.
- Светодиоды для индикации логических уровней (8 шт.).
- Потенциометр для генерации аналоговых сигналов.
- Генератор импульсов на 50 Гц.
- Два независимых RC-фильтра нижних частот.
- 10-канальный генератор логических уровней.
- Кнопка сброса целевого микроконтроллера.
- 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:
- Устройство LoRa сетей, их приёмников и передатчиков. Диапазоны передачи. Измерения уровней сигналов, выбор скорости передачи. Виды антенн и их эффективность.
- Режимы работа LoRa устройств, работа с портами ввода-вывода, подключение периферийных устройств к модулю.
- Взаимодействие нескольких модулей в одном диапазоне, управление модулями при помощи микроконтроллеров.
- Режимы энергосбережения модулей, выбор режима работы в зависимости от условий питания.
- Дальность работы модулей в зависимости от энергопотребления, скорости передачи и объёма данных.