Cos'è un modulo LoRa & Come funziona l'hardware IoT

Sommario

Mentre il nostro mondo si riempie di dispositivi e sensori connessi, una sfida persistente strangola le implementazioni – connettività wireless affidabile su vaste aree. Mentre tecnologie come WiFi e Bluetooth alimentano le case intelligenti, le loro gamme limitano le implementazioni su infrastrutture tentacolari, aziende agricole o logistica distribuita. Entra nel lungo raggio (LoRa) senza fili – una tecnologia innovativa che consente a piccoli dispositivi alimentati a batteria di inviare dati per chilometri a gateway ubiqui connessi al cloud. Ciò è abilitato dai moduli LoRa, componenti hardware delle dimensioni di un timbro contenenti i ricetrasmettitori, antenna e microcontrollore necessari per la comunicazione LoRa. Cominciamo a svelare questa meraviglia wireless che è la tecnologia dei moduli LoRa!

Cos'è un LoRa mPaese

Un modulo LoRa contiene un chip ricetrasmettitore e un microcontrollore LoRa, dandogli tutti gli elementi necessari per la comunicazione a lungo raggio. Serve come elemento costitutivo per collegare i sensori, attuatori e tutti i tipi di dispositivi edge IoT attraverso una rete basata su LoRa. I moduli LoRa consentono ai dispositivi di connettersi a una rete LoRaWAN per inviare e ricevere dati su lunghe distanze.

I moduli LoRa sono disponibili come componenti autonomi già pronti o integrati in schede e sensori di sviluppo. Le interfacce comuni includono UART, SPI e I2C per la connessione con microcontrollori esterni. o sensori di bordo. Man mano che LoRaWAN guadagna popolarità per le applicazioni LPWAN, l'ecosistema di moduli LoRa convenienti è cresciuto in modo esponenziale.

Come funziona un modulo LoRa

I moduli LoRa consentono la comunicazione wireless su più miglia utilizzando un approccio brevettato di modulazione dello spettro diffuso sviluppato da Semtech chiamato LoRa. Utilizza una forma di modulazione dello spettro diffuso nota come Chirp Spread Spectrum (CSS) la cui frequenza aumenta o diminuisce nel tempo attraverso la larghezza di banda del canale. Ciò consente di recuperare il segnale al di sotto del rumore di fondo fornendo un lungo raggio di comunicazione con resilienza. La modulazione LoRa scambia la velocità dei dati grezzi con la sensibilità, immunità alle interferenze e portata.

In parole povere, I moduli LoRa accettano dati di input, codificarlo attraverso una modulazione complessa, e trasmettere un segnale radio che può percorrere miglia a bassi livelli di potenza. Questo segnale viene demodulato dai dispositivi gateway LoRa connessi a Internet tramite cellulare, satellitare, Wi-Fi o Ethernet. I gateway inoltrano quindi i dati a un server di rete centralizzato per l'elaborazione e l'analisi. La comunicazione avviene in modo bidirezionale – i dispositivi finali inviano i dati di uplink al server quando necessario. I server possono anche inviare messaggi di downlink ai nodi finali tramite gateway.

Architettura di lavoro del modulo LoRa

Popolare aapplicazioni di LoRa moduli

La lunga durata della batteria, la portata e la robustezza delle reti LoRa sono ideali per collegare sensori a bassa larghezza di banda e consentire loro di effettuare misurazioni periodiche per anni senza ricarica. Quindi, I moduli LoRa stanno registrando un'elevata adozione in molte applicazioni IoT industriali, tra cui:

Agricoltura intelligente

I moduli LoRa consentono di monitorare i microclimi nelle colture tramite sensori del suolo, consentendo un'irrigazione di precisione e un trattamento chimico adattato alle condizioni di ciascuna regione dell'azienda agricola. I rilevatori di posizione possono anche seguire l'utilizzo delle risorse mentre i sensori delle apparecchiature di irrigazione rilevano eventuali perdite o malfunzionamenti.

Città intelligenti

I moduli LoRa collegano le infrastrutture cittadine per il monitoraggio e il controllo remoto. Le applicazioni includono la lettura dell'acqua, contatori gas ed elettrici, monitoraggio dell’illuminazione stradale e del flusso del traffico, tracciamento dei veicoli del trasporto pubblico, stato del contenitore dei rifiuti in tempo reale, rilevatori di perdite nei sistemi di distribuzione dell'acqua, ecc.

Monitoraggio industriale

Le fabbriche beneficiano di LoRa per il monitoraggio delle risorse, ad esempio il monitoraggio dello stato e della posizione di pallet o contenitori, monitoraggio della temperatura dei prodotti deperibili, rilevamento perdite, eccetera. I siti minerari utilizzano anche le reti LoRa per il monitoraggio della ventilazione, tracciamento dei veicoli, ecc.

Monitoraggio ambientale

I governi implementano reti LoRa con sensori ambientali nelle foreste, fiumi e habitat a rischio per individuare attività illegali e fornire dati sui progetti di ripristino. Questi sensori di lunga durata formano reti di raccolta dati IoT che raccolgono indicatori chiave come l’umidità del suolo, umidità, qualità dell'acqua e altro ancora.

Catena di fornitura / la logistica

I tracker delle risorse e i monitor delle condizioni LoRa consentono la visibilità e prevengono le perdite lungo tutta la catena di fornitura. Le aziende tracciano i pallet dal magazzino al cliente, monitorare prodotti farmaceutici e alimenti per eventuali deviazioni dai livelli di temperatura/umidità sicuri, garantire l'integrità dei manufatti di alto valore in transito e altro ancora.

vantaggi e svantaggi di LoRa mPaese

I moduli LoRa offrono vantaggi significativi in ​​termini di connettività a lungo raggio e funzionamento a basso consumo che li rendono estremamente utili per molte applicazioni IoT. però, come con qualsiasi tecnologia, ci sono anche alcuni aspetti negativi da considerare a seconda dei diversi casi d'uso.

pro e contro dei moduli LoRa

Pro del modulo LoRa

Esploriamo i principali vantaggi che guidano l’adozione di questo standard wireless a lungo raggio:

  • Comunicazione a lungo raggio: Fino a 5 autonomia di km in aree urbane e fino a 15 km in aree rurali o più possibili con un posizionamento in linea di vista ideale. Un piccolo numero di gateway LoRa fornisce un’ampia copertura.
  • Ottima capacità di rete, migliaia di nodi per gateway: L'utilizzo di canali e fattori di diffusione diversi riduce al minimo le collisioni. Un singolo gateway LoRa può gestire migliaia di dispositivi end-node contemporaneamente – garantire la capacità per implementazioni massicce di dispositivi.
  • Basso consumo energetico: Sono possibili anni di durata della batteria durante l'invio di piccoli pacchetti di dati regolari grazie al consumo energetico minimo in modalità di sospensione.
  • Resistenza alle interferenze: La modulazione dello spettro di diffusione del chirp fornisce un'eccellente resilienza al rumore e alle interferenze del canale.
  • Trasmissione sicura dei dati: LoRaWAN definisce la crittografia AES-128 bit end-to-end per la riservatezza dei dati.
  • Bassi costi dei moduli: Come standard hardware prodotto in serie, I moduli LoRa e le schede di sviluppo sono abbastanza convenienti, promuovere l’adozione di massa.
  • Interoperabilità della rete globale: Il protocollo LoRaWAN garantisce l'interoperabilità tra l'infrastruttura e i moduli di diversi produttori nelle implementazioni globali

Contro del modulo LoRa

Mentre i moduli LoRa offrono una portata wireless e una durata della batteria eccezionali, hanno alcune limitazioni tra cui:

  • Larghezza di banda dati inferiore: Le velocità di picco dei dati di LoRa sono molto inferiori a quelle del WiFi, 4Larghezza di banda G/5G nell'intervallo Mbps o Gbps.
  • Capacità limitata dai gateway: Il numero di nodi finali è limitato dalla densità e dalla copertura del gateway LoRa.
  • Interferenza su bande senza licenza: Nonostante l'eccellente robustezza della modulazione LoRa, le interferenze esterne possono limitare le prestazioni.
  • Ciclo di lavoro restrittivo: Le normative relative al funzionamento su bande senza licenza limitano la capacità di connettività sempre attiva.

Differenze Btra LoRa e LoRaWAN

Quando si tratta di LoRa e LoRaWAN, LoRa si riferisce al protocollo di modulazione a lungo raggio sottostante mentre LoRaWAN definisce i livelli di comunicazione di rete e l'architettura dei sistemi di livello superiore:

Livello fisico LoRa – Lo strato di modulazione fisica LoRa sviluppato da Semtech consente il lungo raggio, connessione RF wireless a bassa potenza mediante codifica dei dati in pacchetti di spettro diffuso chirp. Parametri come la potenza di trasmissione, velocità in bit, numero del canale, la frequenza portante ecc. viene impostata qui.

Livello di controllo dell'accesso ai media LoRaWAN – LoRaWAN è uno standard aperto che definisce i livelli di comunicazione di livello superiore come l'autenticazione tra dispositivi e gateway, integrazione nel cloud, metodi per la comunicazione bidirezionale, pianificazione degli slot di ricezione e altro ancora. La sicurezza è garantita anche attraverso il supporto della crittografia AES-128 end-to-end per proteggere i dati in onda e attraverso i collegamenti di backhaul.

Implementando correttamente LoRaWAN, moduli e gateway possono interagire tra vari fornitori di servizi di rete. La maggior parte dei moduli oggi disponibili è dotata del supporto integrato del protocollo LoRaWAN per la connettività cloud.

Fattori per scegliere il giusto modulo LoRa

Con standardizzazione del protocollo tramite LoRaWAN, i moduli di diversi produttori sono ampiamente compatibili. però, comprendere i fattori seguenti aiuta a selezionare il componente giusto per la tua applicazione:

  • Supporto banda di frequenzaT: La corrispondenza della banda ISM appropriata in base alla regione geografica garantisce la conformità normativa. Le bande comuni da considerare sono 433 Mhz(Asia), 868MHz (Europa) e 915 MHz (Nord America).
  • Potenza di trasmissione e sensibilità del ricevitore: I moduli ad alta potenza estendono la portata ma consumano più energia.
  • Intervallo di temperatura: I moduli industriali supportano temperature estreme intermedie -40 e +85 ° C.
  • Fattore di forma: I moduli SMD miniaturizzati consentono l'incorporamento mentre le opzioni PCB integrate si adattano alla prototipazione. Controlla la taglia, opzioni dell'antenna, fori di montaggio.
  • Supporto classe LoRaWAN (UN, B o C):La specifica LoRaWAN definisce le classi del dispositivo finale che bilanciano la bidirezionalità, latenza e durata della batteria. Per esempio, La Classe A consente la massima efficienza energetica mentre la Classe C sacrifica la durata della batteria per una reattività in tempo reale.
  • Certificazioni come CE, FCC: Le certificazioni indicano che i moduli aderiscono agli standard di emissione e immunità necessari per l'implementazione commerciale.

Scegliendo MOKOSmart LoRa moduli

Un'eccellente fonte di moduli LoRa capaci ed economici è MOKOSmart. Ci concentriamo esclusivamente sui dispositivi IoT wireless, incluso il cellulare, Opzioni Bluetooth e LoRa. Nostro MKL62 viene fornito con il chipset SX1262 LoRa di Semtech che fornisce prestazioni RF affidabili per chilometri insieme al supporto del protocollo LoRaWAN. Offre un intervallo di temperatura esteso e servizi di localizzazione che consentono soluzioni per l'agricoltura intelligente, localizzazione, contatori intelligenti, eccetera. Con la capacità di personalizzare i dispositivi IoT combinati con l'ecosistema completo di hardware IoT, MOKOSmart si rivela un fornitore ideale per chiunque Soluzione basata su LoRaWAN.

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Scritto da --
Nick Lui
Nick Lui
Nick, un project manager esperto nel nostro R&Dipartimento D., porta una ricchezza di esperienza a MOKOSMART, avendo precedentemente lavorato come ingegnere di progetto presso BYD. La sua competenza in R&D apporta competenze a tutto tondo alla gestione dei suoi progetti IoT. Con uno sfondo solido che si estende 6 anni nella gestione di progetti e ottenere certificazioni come PMP e CSPM-2, Nick eccelle nel coordinare gli sforzi tra le vendite, ingegneria, test, e team di marketing. I progetti di dispositivi IoT a cui ha partecipato includono Beacons, Dispositivi LoRa, gateway, e prese intelligenti.
Nick Lui
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Nick, un project manager esperto nel nostro R&Dipartimento D., porta una ricchezza di esperienza a MOKOSMART, avendo precedentemente lavorato come ingegnere di progetto presso BYD. La sua competenza in R&D apporta competenze a tutto tondo alla gestione dei suoi progetti IoT. Con uno sfondo solido che si estende 6 anni nella gestione di progetti e ottenere certificazioni come PMP e CSPM-2, Nick eccelle nel coordinare gli sforzi tra le vendite, ingegneria, test, e team di marketing. I progetti di dispositivi IoT a cui ha partecipato includono Beacons, Dispositivi LoRa, gateway, e prese intelligenti.
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