Dank technologischer Fortschritte ist es jetzt möglich, intelligente Geräte zu Hause oder bei der Arbeit optimal zu nutzen. Wie der Name schon sagt, bezieht sich LoRa aus technologischer Sicht auf drahtlose Geräte mit großer Reichweite, die winzige Datenmengen über große Entfernungen übertragen, ohne viel Strom zu verbrauchen. MOKOSmart gehört zu den größten Herstellern von LoRa-Modulen, die sich nahtlos in alle wichtigen Bereiche des IoT integrieren lassen. Die Beziehung zwischen IoT und LoRa-Geräten ist so, dass LoRa-Geräte zusammen mit LoRaWAN-Idealen faszinierende Komponenten für IoT-Anwendungen bieten. Wenn Sie ein zeitnahes Projekt haben, das die Verwendung eines Bluetooth-Moduls erfordert, ist MOKOSmart Ihr Partner für LoRa-Module. Wir verfügen über hochwertige Bluetooth-Module, die alle Funkstandards erfüllen und dringend benötigte externe Schaltkreise bereitstellen.

LoRa-Module

LoRa-Modul-Entwicklungskit

MOKO LoRa-Modulfamilie

Modultyp	LoRa-HF-Modul	LoRa-HF-Modul	RF-Modul	Geographisches Modul
Modell	MKL62BA	MKL68BA	MKL62	MKL110BC
Bild
Paket	34 Stifte, SMT	SMT 34-polig	SMT	SMT 50-polig
Abmessungen	24 mm x 19 mm * 2.8 mm	24mm x 19mm x 2.8mm	14.6mm * 10.6mm * 2.8mm	22.3mm * 17.1mm
LoRaWAN®-basiertes Protokoll	V1.0.3	V1.0.3	/	V1.0.3
Frequenz-Bänder	CN470/EU868/AU915/ US915/AS923/IN865/ KR920/EU433/CN779/ RU864	CN470/EU868/AU915/ US915/AS923/IN865/ KR920/EU433/CN779/ RU864	433 MHz/470 MHz/868 MHz/915 MHz	CN470/EU868/AU915/ US915/AS923/IN865/ KR920/EU433/CN779/ RU864
BLE-Protokoll	V4.0	V4.0	/	V4.0
Interface	/	/	SPI	/
Schlafstrom	7uA	7uA	180 nA	7uA
Maximale Sendeleistung	Max. 21 dBm	Max. 22 dBm	Max. 21 dBm	Max. 21 dBm
Umgebungstemperaturbereich	-40 °C bis +85 °C (VCC 3.3 V)	-40 °C bis +85 °C (VCC 3.3 V)	-40 °C bis +85 °C (VCC 3.3 V)	-40 °C bis +85 °C (VCC 3.3 V)
Abdeckung	Bis zu 10 km (im freien Raum 5 dBi)	Bis zu 8 km (im freien Raum 5 dBi)	Bis zu 10 km (im freien Raum 5 dBi)	Bis zu 10 km (im freien Raum 5 dBi)
Antennentyp	On-Board-BLE-Keramikantenne, U.FL (IPEX)-Anschluss für externe LoRa-Antenne	On-Board-BLE-Keramikantenne, U.FL (IPEX)-Anschluss für externe LoRa-Antenne	Loch für externe LoRa-Antenne stanzen	Integrierte BLE-Keramikantenne; Loch für externe LoRa-Antenne gestanzt
Zertifizierung	CE, FCC, LoRaWAN Alliance, RoHS	CE, FCC, LoRaWAN Alliance, RoHS	CE, FCC, LoRaWAN Alliance, RoHS	CE, FCC, LoRaWAN Alliance, RoHS

Anwendungen

MOKOSmart-Dienste

Als führender Hersteller von LoRa-Modulen sind wir auf verschiedene Angebote spezialisiert, darunter:

Process Engineering

Nachdem bereits eine zuverlässige OEM/ODM-Abteilung für drahtlose RF-Designlösungen eingerichtet wurde; Das MOKOSmart-Team besteht aus hochqualifizierten Ingenieuren, die auf eingebettete Hardware und Software für IoT spezialisiert sind. Wenn Sie ein Projekt haben, das technisches Fachwissen erfordert, Unsere Techniker können Ihnen helfen, entweder das Projekt zu aktualisieren oder ein völlig neues Produkt zu entwickeln.

Fertigung

Bei der Herstellung von LoRa-Geräten und anderen IoT-Geräten nutzt MOKOSmart fortschrittliche Technologie, um eine qualitativ hochwertige Ausgabe zu gewährleisten. Wir sind auf die Herstellung verschiedener intelligenter Produkte direkt aus unserer Fabrik spezialisiert, um unseren Kunden stets qualitativ hochwertige und kostengünstige Produkte anbieten zu können.

Forschung und Design

Das engagierte Expertenteam von MOKOSmart ist stets über Markttrends in Forschung und Design informiert. Seien Sie versichert, dass Sie bei der Bearbeitung eines bestimmten Projekts mehrere Optionen zur Auswahl haben.

Projektbewertung

Dank unserer Expertise in verschiedenen Bereichen sind wir in der Lage, jedes IoT-Projekt optimal zu bewältigen. Wir analysieren jedes Projekt gründlich und stellen sicher, dass Ihre fiktiven Anforderungen optimal erfüllt werden.

Qualitätssicherung

MOKOSmart ist stolz darauf, unseren Kunden qualitative Zertifizierungstests anbieten zu können. Durch die enge Zusammenarbeit mit UL Laboratory und SGS können wir sofortige UL-, CE-, RoHS- und andere Zertifizierungen anbieten. Alle Inspektionen werden mit kundenspezifischen Präzisionswerkzeugen und fortschrittlichen Testprogrammen durchgeführt.

MOKOSmart-Dienste

Als führender Hersteller von LoRa-Modulen sind wir auf verschiedene Angebote spezialisiert, darunter:

Vorteile von LoRaWAN-Modulen

Im Folgenden sind einige der wichtigsten Vorteile von LoRaWAN aufgeführt:

Alle von LoRaWAN genutzten ISM-Bänder sind in den meisten Ländern weltweit verfügbar. Meistens werden die ISM-Bänder 868 MHz/915 MHz genutzt.
Die Reichweite ist sehr groß. So kann es beispielsweise in ländlichen Gebieten mehr als 15 km und in städtischen Gebieten etwa 5 km abdecken.
Der Akku hält länger, da er weniger Strom verbraucht.
Ein LoRaWAN-Gateway-Gerät ist speziell dafür konzipiert, mehrere Knoten oder Endgeräte problemlos zu verwalten.
Dank seiner einfachen Architektur lässt sich LoRaWAN problemlos an jedem beliebigen Standort einsetzen.
LoRaWAN verwendet die adaptive Datenrate-Technik, um die HF-Ausgabe von Endgeräten bzw. die Ausgangsdatenrate zu variieren. Dies maximiert die Gesamtkapazität des LoRaWAN-Netzwerks und die Akkulaufzeit.

Komponenten der LoRaWAN-Module

Anders als das Semtech LoRa SX1262 lässt sich ein LoRaWAN-Modul auch problemlos in den Nordic BLE nRF52832-Chip mit einem ARM Cortex-M4 mit 32 Bit, 64 kB RAM oder 512 kB Flash integrieren.

Darüber hinaus unterstützt das LoRaWAN-Modul verschiedene digitale Schnittstellen wie SPI, GPIO, NFC, UART, ADC, I2C und weitere. Sobald die Sensoren physisch mit diesen digitalen Schnittstellen verbunden sind, erfasst und überträgt das LoRaWAN-Modul die Sensordaten schnell an ein entferntes LoRWAN-Gateway und überträgt sie anschließend an einen Server.

Darüber hinaus kann das LoRaWAN BLE-Modul verwendet werden, um eine Verbindung mit BLE-Terminaltools herzustellen. Dies ermöglicht den Datenaustausch über kurze Distanzen, beispielsweise die drahtlose Aktualisierung der Firmware über ein Smartphone.

Unterschied zwischen dem LoRa-Modul und dem LoRaWAN-Modul

Obwohl man leicht annehmen könnte, dass LoRa- und LoRaWAN-Module identisch sind, unterscheiden sich ihre Einheiten erheblich. Worin unterscheiden sich LoRa- und LoRaWAN-Module?

LoRa ist ein Hochfrequenzsignal

Alle LoRa-Module sind Hochfrequenz-Transporter, die auf der PHY-Schicht der Telekommunikation basieren. Mit einem LoRa-Modem lassen sich beliebige Daten problemlos in Signale umwandeln. LoRa verwendet das Chirp Spread Spectrum (CSS), ein Modulationsverfahren zur Signalübertragung. Dieses variiert jedoch je nach zu übermittelnder Nachricht.

LoRa nutzt beim Senden die gesamte Kanalbandbreite und ist dadurch robust gegenüber Offsets und Rauschen. Ein LoRa-Modul mit großer Reichweite bietet eine verbesserte Kommunikationsreichweite bei der Datenübertragung und erhöht daher die Empfindlichkeit der Empfänger. Unter guten Bedingungen kann LoRa bis zu 20 km abdecken und eignet sich daher ideal für Netzwerklösungen in ländlichen Gebieten.

LoRaWAN verbindet Signale mit der Anwendung

LoRaWAN steuert die Architektur und das Protokoll des Telekommunikationsgeräts und ermöglicht so eine einfache Regulierung der Batterielebensdauer der Knoten, der Netzwerkkapazität, der Servicequalität, der Sicherheit der übertragenen Daten sowie der Vielfalt und Art der jeweiligen Anwendungen.

Die Kombination von LoRaWan mit LoRa-Hochfrequenzsignalen ermöglicht die Entwicklung von weitreichenden, stromsparenden, rentablen und bidirektionalen Übertragungslösungen für vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Dadurch hat sich LoRaWAN in Smart Cities für IoT-Netzwerke zunehmend verbreitet.

Vergleich zwischen dem LoRa-Modul und anderen Kommunikationsmodulen

Obwohl sich diese Netzwerke im IoT-Markt gleichermaßen positionieren, unterscheiden sie sich deutlich in Marketing und Technologie. Während SigFox das Ziel verfolgt, ein universeller IoT-Betreiber zu werden, will die LoRa Alliance eine Technologie bereitstellen, die es anderen Anbietern von Kommunikationsmodulen ermöglicht, weltweite IoT-Anwendungen zu ermöglichen.

Typische LoRa-Module eignen sich für den Einsatz, da sie im Gegensatz zu SigFox effektiv bidirektional arbeiten können. Über dasselbe Funkmodul kann jederzeit ein Empfänger in einen Sender umgewandelt werden und umgekehrt. LoRa ist somit so modifiziert, dass es die Steuerung und Kontrolle von Systemen ermöglicht.

Bei der Integration eines Funkmoduls bietet SigFox eine unkomplizierte API. Das LoRa-Kommunikationsmodul hingegen bietet eine umfangreiche konfigurierbare Low-Level-API, die verschiedene Optimierungen ermöglicht. Dies macht die Integration von SigFox weniger kompliziert als die eines LoRa-Funkmoduls.

Alle SigFox-Nachrichten sind standardmäßig auf 12 Byte begrenzt. Bei LoRa definiert der Benutzer die Nachrichtenlänge. Entwickler müssen sicherstellen, dass gesendete Funknachrichten weniger als fünf Sekunden dauern. Dies stellt die Einhaltung der festgelegten Protokolle sicher.

Obwohl nur SigFox Geräte authentifizieren und identifizieren kann, übernehmen Lora- und SigFox-Technologien einige Sicherheitsfunktionen. Andererseits bergen beide Netzwerke ein hohes Risiko für Kommunikationsüberlastung, da sie Übertragungen über einseitige Kommunikation ohne Autorisierung durch ein Netzwerk ermöglichen.

Die Datenrate des LoRa-Moduls

Dank der Chirp-Spread-Spectrum-Technologie funktioniert LoRaWAN selbst bei geringer Leistung einwandfrei mit Kanalrauschen, Dopplereffekten und Mehrwege-Fading. Bandbreiten und Spreizfaktor bestimmen die Datenrate, die jedoch maßgeblich vom Frequenzplan und Standort abhängt. Alle vom LoRaWAN-Modul genutzten Kanäle müssen eine Bandbreite von 125 kHz, 250 kHz oder 500 kHz aufweisen. Das Endgerät wählt den Spreizfaktor und beeinflusst damit die Übertragungszeit eines Frames.

Kosten des LoRa-Moduls

Für die Realisierbarkeit des IoT müssen die Kosten niedrig sein. Die Kosten für LoRa-Module sind unschlagbar, da sie im Allgemeinen bei etwa 8 bis 10 US-Dollar liegen. Das ist mehr als die Hälfte des Preises von zellularen LTE-Modulen wie NB-IoT.

Die Kosten für NB-IoT sind aufgrund einiger Probleme mit IP-Lizenzgebühren, die mit dem Betrieb des lizenzierten Bandes, der Netzwerkkomplexität und der benötigten fortschrittlichen Chipfläche zusammenhängen, hoch. Darüber hinaus ist die Aufrüstung der NB-IoT-Basisstationen auf fortschrittliches 4G/LTE-Niveau deutlich teurer als die Bereitstellung von LoRa über Top-Tower-Gateways oder Industrie-Gateways. Es wird erwartet, dass die Kosten für LoRaWAN-Module sinken werden, sobald der Markt voll ausgereift ist und Integrationen erfolgen.

So wählen Sie ein LoRa-Modul aus

Nachfolgend finden Sie Vorschläge, wie Entwickler und Unternehmen feststellen können, welches LoRa-Modul ihren Anforderungen am besten entspricht.

Vorschlag für den Außenbereich oder den Innenbereich

Der Zugang zu den ersten Tür-Gateways ist eine allgemeine Methode, um die Aufteilung zwischen Außen- und Innenstationen zu klassifizieren. Nachdem Sie festgelegt haben, ob die IoT-Anwendung im Innen- oder Außenbereich platziert werden soll, überlegen Sie als Nächstes, wie das Internet mit dem Gateway verbunden wird. So können Sie feststellen, ob das Gateway 3G oder 4G unterstützt, insbesondere mit dem LoRaWAN-Modul im 865.

Kapazitätsvorschlag

Gateways sind entweder in Inversionen erhältlich, die eine unterschiedliche Kanalanzahl für öffentliche Netzwerke unterstützen, oder in zuverlässigen Implementierungen, die sich besser für Kanäle mit einer höheren Anzahl eignen. Da das LoRaWAN-Modul im 865 den Einsatz einer hohen Kapazität ermöglicht, eignet es sich für die meisten Anwendungen mit Gateways.

Datenschutzhinweis

Bei der Auswahl des besten LoRa-Moduls müssen Sie dessen Echtzeitdatenkontrolle, die Anforderungen an die Feldabdeckung und die Einhaltung des Datenschutzes durch den Client berücksichtigen. Um beispielsweise Datenverluste zu verhindern, setzt MokoSMART einen Netzwerkserver ein, der es Benutzern ermöglicht, den Datenfluss über VPN oder MQTT innerhalb seines Gateways zu verfolgen.

Vorschlag: Ausführlich testen

Stellen Sie sicher, dass das von Ihnen gekaufte LoRa-Modul umfassend mit Netzwerkservern und Endgeräten getestet wurde. Manchmal treten heikle Kompatibilitätsprobleme auf, wenn die verwendeten Endgeräte, Netzwerkserver und Gateways alle LoRaWAN-kompatibel sind.

So richten Sie den LoRa SX1278 mit Arduino ein

In unserer Demonstration integrieren wir zwei Arduino-Boards und zwei weitere LoRa-Module, um Daten von einem Board zum anderen zu übertragen. Wir verwenden einen Arduino Nano auf der Empfangsseite, während wir auf der Senderseite einen Arduino Uno verwenden.

Da die Frequenzbereiche von LoRa-Modulen unterschiedlich sind, sind die gängigsten die 433-MHz- und 915-MHz-Module. Auch das 868-MHz-Modul verbreitet sich zunehmend auf dem Markt. Die Frequenz finden Sie auf der Rückseite Ihres Moduls. Wenn Sie einen Chip kaufen möchten, achten Sie auf gute Lötkenntnisse.

Am besten montieren Sie eine Antenne an Ihrem LoRa-Modul mit der entsprechenden Sendeleistung. Obwohl wir in dieser Demonstration ein 433-MHz-Lora-Modul verwenden, verwenden wir auch Antennen mit einer Nennleistung von 433 MHz.

Die Sendeseite, die Arduino Uno mit dem LoRa SX1278 verbindet

Im Sendeteil dieser Demonstration verwendet das LoRa-Modul einen Arduino Uno. Verbinden Sie zunächst den Schaltplan Ihres Arduino UNO mit LoRa, wie unten dargestellt.

Ein LoRa-Modul verfügt über 16 Pins, davon 8 auf jeder Seite. Von diesen 16 Pins belegt ein GPIO von DIO0 bis DIO5 sechs Pins, während die Masse-Pins vier Pins belegen. Da das Modul 3.3 V benötigt, müssen die Pins der 3.3-V-Arduino-Uno-Platine mit den 3.3-V-Pins des LoRa verbunden werden. Verbinden Sie anschließend die SPI-Pins der Arduino-Platine mit dem SPI-Pin des LoRa.

Verbinden Sie das LoRa-Modul über Verbindungskabel mit dem Arduino UNO. Das gesamte Setup ist für Tests tragbar, wenn es über eine Powerbank mit Strom versorgt wird. Das Setup sollte in etwa der unten gezeigten Beschreibung entsprechen.

Die Empfangsseite, die den Arduino Nano mit dem LoRa SX1278 verbindet

Die Empfangsseite des Moduls verwendet einen Arduino Nano. Verwenden Sie auf der Sende- und Empfangsseite ein beliebiges verfügbares Arduino-Board, achten Sie jedoch auf die ordnungsgemäße Befestigung.

Ein externer 3.3-V-Regler ist auf dem LoRa-Modul montiert, um die 3.3-V-Pins mit Strom zu versorgen. Dies liegt daran, dass der integrierte Arduino Nano-Regler nicht stark genug ist, um einen ausreichenden Betriebsstrom für das LoRa-Modul bereitzustellen.

Methode zur Vorbereitung der drahtlosen LoRa-Kommunikation mit Arduino IDE

Nachdem Sie die Hardware eingerichtet haben, wechseln Sie nun zum Abschnitt Arduino IDE. In dieser Demo enthält unsere Arduino IDE eine Bibliothek und Beispielsketches mit geringfügigen Änderungen, um die Kommunikation zwischen unseren LoRa-Modulen zu ermöglichen. Folgen Sie Sketch, sobald Sie die Arduino IDE öffnen, um die Bibliothek hinzuzufügen. Suchen Sie anschließend nach „LoRa Radio“, wählen Sie die Bibliothek aus und klicken Sie anschließend auf „Installieren“.

Verwenden Sie Datei -> Beispiel -> LoRa und öffnen Sie dann die Sende- und Empfangsprogramme des LoRa-Moduls wie unten gezeigt.

Alle 5 Sekunden sendet das Senderprogramm ein „Hallo“ und erhöht dabei den Zählerwert. Dieses wird von einem Empfänger empfangen, der den RSSI-Wert anschließend auf dem seriellen Monitor ausgibt. Stellen Sie zunächst sicher, dass Sie Änderungen an der Funktion LoRa.begin() vornehmen. Diese ist standardmäßig auf das 915-MHz-LoRa-Modul eingestellt, weshalb das Programm über „LoRa.begin(915E6)“ verfügt.

Nachdem Sie überprüft haben, dass die Verbindungen ordnungsgemäß hergestellt wurden und das LoRa-Modul richtig mit der Antenne verbunden ist, laden Sie das Programm hoch, sobald es fertig ist.

Drahtlose Kommunikation von LoRa mit Arduino

Öffnen Sie nach dem Hochladen des Programms den seriellen Monitor des Arduino-Boards. Der serielle Monitor des Senders sollte den gesendeten und später empfangenen Wert anzeigen und auf dem seriellen Monitor des Empfängers anzeigen.

Es ist wichtig, den RSSI-Wert des LoRa-Moduls in jeder empfangenen Nachricht stets zu überprüfen. Der RSSI-Wert ist immer negativ. In unserer Demonstration liegt er bei etwa -68. Dies liegt daran, dass die Signalstärke zunimmt, je näher der RSSI-Wert an Null heranrückt.