Що таке модуль LoRa & Як працює апаратне забезпечення IoT

Зміст

Оскільки наш світ заповнюється підключеними пристроями та датчиками, один постійний виклик пригнічує впровадження – надійне бездротове з'єднання на великих територіях. Тоді як такі технології, як Wi-Fi і Bluetooth, розвивають розумні будинки, їх діапазони обмежують розгортання в розгалуженій інфраструктурі, ферми або розподілена логістика. Введіть Long Range (LoRa) бездротовий – інноваційна технологія, яка дозволяє крихітним пристроям з живленням від батарейок надсилати дані на багато кілометрів до всюдисущих шлюзів, підключених до хмари. Це можливо завдяки модулям LoRa, апаратні компоненти розміром із штамп, що містять трансивери, антена та мікроконтролер, необхідні для зв’язку LoRa. Давайте почнемо розгадувати це бездротове диво, яким є модульна технологія LoRa!

Що таке a LoRa мкраїна

Модуль LoRa містить мікросхему приймача LoRa та мікроконтролер, надаючи йому всі елементи, необхідні для зв’язку на великі відстані. Він служить будівельним блоком для підключення датчиків, приводи та всі види крайових пристроїв IoT через мережу на основі LoRa. Модулі LoRa дозволяють пристроям підключатися до мережі LoRaWAN для надсилання та отримання даних на великі відстані.

Модулі LoRa доступні як готові окремі компоненти або інтегровані в розробки та датчики. Загальні інтерфейси включають UART, SPI та I2C для підключення до зовнішніх мікроконтролерів. або вбудовані датчики. Оскільки LoRaWAN набуває популярності для програм LPWAN, екосистема доступних модулів LoRa зросла в геометричній прогресії.

Як працює модуль LoRa

Модулі LoRa забезпечують бездротовий зв’язок на відстані кількох миль за допомогою запатентованого підходу модуляції розширеного спектру, розробленого Semtech під назвою LoRa. Він використовує форму модуляції з розширеним спектром, відому як Chirp Spread Spectrum (CSS) частота якого збільшується або зменшується з часом по смузі пропускання каналу. Це дозволяє відновлювати сигнал нижче рівня шуму, забезпечуючи велику дальність зв’язку з стійкістю. Модуляція LoRa змінює швидкість необроблених даних на чутливість, перешкодостійкість і радіус дії.

Простіше кажучи, Модулі LoRa приймають вхідні дані, закодувати його за допомогою складної модуляції, і передавати радіосигнал, який може подолати милі за низького рівня потужності. Цей сигнал демодулюється шлюзовими пристроями LoRa, підключеними до Інтернету через стільниковий зв’язок, супутник, WiFi або Ethernet. Потім шлюзи пересилають дані на централізований мережевий сервер для обробки та аналізу. Спілкування відбувається двостороннім шляхом – кінцеві пристрої надсилають дані висхідної лінії на сервер, коли це необхідно. Сервери також можуть надсилати повідомлення низхідної лінії до кінцевих вузлів через шлюзи.

Архітектура роботи модуля LoRa

Популярні апрограми LoRa модули

Тривалий термін служби батареї, діапазон і надійність мереж LoRa ідеально підходять для підключення датчиків з низькою смугою пропускання та дозволяють їм виконувати періодичні вимірювання протягом багатьох років без зарядки. Отже, Модулі LoRa широко поширені в багатьох промислових додатках Інтернету речей, зокрема:

Розумне сільське господарство

Модулі LoRa дозволяють відстежувати мікроклімат на культурах за допомогою датчиків ґрунту, забезпечує точний полив і хімічну обробку відповідно до умов кожного регіону ферми. Засоби відстеження місцезнаходження також можуть стежити за використанням активів, тоді як датчики іригаційного обладнання спостерігають за витоками або несправностями.

Розумні міста

Модулі LoRa підключають міську інфраструктуру для дистанційного моніторингу та контролю. Програми включають читання води, газові та електролічильники, моніторинг вуличного освітлення та транспортного потоку, стеження за транспортними засобами громадського транспорту, статус смітника в режимі реального часу, детектори витоку в системах розподілу води тощо.

Промисловий моніторинг

Заводи отримують переваги від LoRa для моніторингу активів, наприклад відстеження статусу та положення піддонів або контейнерів, контроль температури швидкопсувних продуктів, виявлення витоку, тощо. Майнінгові сайти також використовують мережі LoRa для моніторингу вентиляції, відстеження транспортних засобів тощо.

Моніторинг навколишнього середовища

Уряди розгортають мережі LoRa з екологічними датчиками в лісах, річок і зникаючих середовищ існування, щоб виявити незаконну діяльність і отримати дані про проекти відновлення. Ці довговічні датчики формують мережу збору даних IoT, збираючи ключові показники, такі як вологість ґрунту, вологість, якість води та інше.

Ланцюг поставок / Логістика

Прилади відстеження активів LoRa та монітори стану забезпечують видимість і запобігають втратам у всьому ланцюжку постачання. Компанії відстежують піддони від складу до клієнта, контролювати фармацевтичні препарати та продукти харчування на наявність відхилень від безпечних рівнів температури/вологості, забезпечити цілісність промислових товарів високої вартості під час транспортування тощо.

Переваги і недоліки ЛоРа мкраїна

Модулі LoRa забезпечують значні переваги з точки зору підключення на великій відстані та роботи з низьким енергоспоживанням, що робить їх дуже корисними для багатьох програм IoT. Однак, як і будь-яка технологія, є також деякі недоліки, які слід враховувати залежно від різних випадків використання.

плюси і мінуси модулів LoRa

Плюси модуля LoRa

Давайте розглянемо ключові переваги впровадження цього стандарту бездротового зв’язку великої дальності:

  • Зв'язок на великі відстані: Аж до 5 км в міських умовах і до 15 км у сільській місцевості або більше за умови ідеального розміщення прямої видимості. Невелика кількість шлюзів LoRa забезпечує широке покриття.
  • Чудова пропускна здатність мережі, тисячі вузлів на шлюз: Використання різних каналів і факторів поширення мінімізує зіткнення. Один шлюз LoRa може обслуговувати тисячі пристроїв кінцевого вузла одночасно – забезпечення потужності для масового розгортання пристроїв.
  • Низьке споживання енергії: Завдяки мінімальному енергоспоживанню в сплячих режимах батарея може працювати протягом багатьох років під час надсилання невеликих регулярних пакетів даних.
  • Стійкість до перешкод: Модуляція з розширеним спектром чирпу забезпечує чудову стійкість до шуму каналу та перешкод.
  • Безпечна передача даних: LoRaWAN визначає наскрізне шифрування AES-128 для конфіденційності даних.
  • Низька вартість модуля: Як апаратний стандарт масового виробництва, Модулі LoRa та розвиваючі плати цілком доступні, сприяння масовому усиновленню.
  • Інтероперабельність глобальної мережі: Протокол LoRaWAN забезпечує взаємодію між інфраструктурою та модулями різних виробників у глобальних розгортаннях

Мінуси модуля LoRa

У той час як модулі LoRa забезпечують чудовий радіус дії бездротового зв’язку та час автономної роботи, вони мають деякі обмеження, в тому числі:

  • Нижча пропускна здатність даних: Пікова швидкість передачі даних LoRa набагато нижча, ніж WiFi, 4Пропускна здатність G/5G у діапазоні Мбіт/с або Гбіт/с.
  • Ємність обмежена шлюзами: Кількість кінцевих вузлів обмежена щільністю та покриттям шлюзу LoRa.
  • Перешкоди на неліцензійних діапазонах: Незважаючи на чудову надійність модуляції LoRa, зовнішнє втручання може обмежити продуктивність.
  • Обмежувальний робочий цикл: Правила, пов’язані з роботою на неліцензійних діапазонах, обмежують можливість постійного підключення.

відмінності bміж LoRa та LoRaWAN

Коли справа доходить до LoRa і LoRaWAN, LoRa відноситься до базового протоколу модуляції великої дальності, тоді як LoRaWAN визначає рівні зв’язку мережі та архітектуру системи вищого рівня.:

Фізичний рівень LoRa – Рівень фізичної модуляції LoRa, розроблений компанією Semtech, забезпечує велику відстань, малопотужне бездротове радіочастотне з'єднання шляхом кодування даних у пакети з розширеним спектром chirp. Такі параметри, як потужність передачі, бітрейт, номер каналу, тут встановлюється несуча частота тощо.

Рівень контролю доступу до медіа LoRaWAN – LoRaWAN — це відкритий стандарт, що визначає комунікаційні рівні вищого рівня, такі як автентифікація між пристроями та шлюзами, хмарна інтеграція, методи двонаправленого зв'язку, планування прийомних слотів тощо. Безпека також гарантується підтримкою наскрізного шифрування AES-128 для захисту даних в ефірі та через зворотні канали зв’язку.

Правильно запровадивши LoRaWAN, модулі та шлюзи можуть взаємодіяти між різними постачальниками мережевих послуг. Більшість доступних сьогодні модулів мають вбудовану підтримку протоколу LoRaWAN для підключення до хмари.

Фактори вибору правильного модуля LoRa

Зі стандартизацією протоколу через LoRaWAN, модулі від різних виробників широко сумісні. Однак, розуміння наведених нижче факторів допоможе вибрати правильний компонент для вашої програми:

  • Підтримка діапазону частотt: Відповідність діапазону ISM відповідно до географічного регіону забезпечує відповідність нормативним вимогам. Загальні смуги, які слід враховувати, це 433 МГц(Азія), 868МГц (Європа) і 915 МГц (Північна Америка).
  • Потужність передачі та чутливість приймача: Модулі високої потужності збільшують діапазон, але споживають більше енергії.
  • Температурний діапазон: Промислові модулі підтримують екстремальні температури між -40 і +85 °C.
  • Форм-фактор: Мініатюрні SMD-модулі дозволяють вбудовувати, тоді як вбудовані опції PCB підходять для створення прототипів. Перевірте розмір, параметри антени, монтажні отвори.
  • Підтримка класу LoRaWAN (A, B або C):Специфікація LoRaWAN визначає класи кінцевих пристроїв, що врівноважують двонаправленість, час затримки та термін служби батареї. Наприклад, Клас A забезпечує максимальну енергоефективність, тоді як клас C замінює час автономної роботи на швидкість реагування в режимі реального часу.
  • Сертифікати, такі як CE, FCC: Сертифікати вказують, що модулі відповідають стандартам випромінювання та стійкості, необхідним для комерційного використання.

Вибір MOKOSmart LoRa модули

Чудовим джерелом ефективних і економічно ефективних модулів LoRa є MOKOSmart. Ми зосереджуємося виключно на бездротових пристроях IoT, включаючи Cellular, Опції Bluetooth і LoRa. Наші MKL62 поставляється з чіпсетом Semtech SX1262 LoRa, що забезпечує надійну радіочастотну продуктивність на милі разом із підтримкою протоколу LoRaWAN. Він пропонує розширений температурний діапазон і послуги визначення місця розташування, що забезпечує рішення для розумного сільського господарства, відстеження розташування, розумні лічильники, тощо. З можливістю налаштування пристроїв IoT у поєднанні з повною екосистемою обладнання IoT, MOKOSmart є ідеальним постачальником для будь-якого Рішення на основі LoRaWAN.

ПРОДОВЖУЙТЕ ЧИТАТИ ПРО ЛОРУ

Написано --
Нік Хе
Нік Хе
Нік, досвідчений менеджер проектів у нашому R&D відділення, приносить багатий досвід MOKOSMART, раніше працював інженером проекту в BYD. Його експертиза в R&D привносить всебічні навички в управління проектом IoT. З суцільним фоном, що охоплює 6 років в управлінні проектами та отримати такі сертифікати, як PMP та CSPM-2, Нік чудово координує роботу відділів продажів, інженерія, тестування, і маркетингові групи. Проекти пристроїв IoT, у яких він брав участь, включають Beacons, Пристрої LoRa, шлюзи, і розумні розетки.
Нік Хе
Нік Хе
Нік, досвідчений менеджер проектів у нашому R&D відділення, приносить багатий досвід MOKOSMART, раніше працював інженером проекту в BYD. Його експертиза в R&D привносить всебічні навички в управління проектом IoT. З суцільним фоном, що охоплює 6 років в управлінні проектами та отримати такі сертифікати, як PMP та CSPM-2, Нік чудово координує роботу відділів продажів, інженерія, тестування, і маркетингові групи. Проекти пристроїв IoT, у яких він брав участь, включають Beacons, Пристрої LoRa, шлюзи, і розумні розетки.
Поділіться цією публікацією
Розширення ваших можливостей на зв’язку Потрібно з MOKOSmart loT Device Solutions!