系列文章 – 我的 LoRa 之路(一) 起手式

lora_aprs_cover

前言

自年初見識了 LoRa 的厲害後,便開始了 LoRa 於 ham radio 應用的鑽研。這比外國同好遲了好幾年。遲有遲好,一些成熟方案,實驗可參考。

而過程中測試了不少方案,有的目標 set 到 high high 但最終唔多掂的,也有的有實用價值。


Why LoRa

LoRa stand for Low power, Long range 顛覆了傳統無線傳送的概念。

IARU Region 1 倡議 LoRa 於 ham radio 使用的頻率:

  • 433.775 LoRa-1 (from Node to Gateway BW 125kHz)
  • 433.900 LoRa-2 (from Gateway to Node , for messages, BW 125kHz)

兩頻本地皆 out band 用不著。那我提議在 433.775 + 2MHz 即用 435.775MHz 吧。

承舊文所述,LoRa 只是低速短訊息的,那用在 APRS 上是非常合適的。


Ham 之 LoRa,還看奧地利

網上不少 LoRa 的 ham 應用方案,奧地利同好在這方面的鑽研很有成果。本文也以他們的 iGate,和 tracker 作為藍本。

軟硬件準備

留意,LoRa 本用於 Sensor 的數據傳送,在沒另僻頻道的情況下,很自然在用在ISM band 上,即 434,868,916M。我們 ham 的應用,只能選用 433 的 LoRa 模塊,並將頻編到 in band 內應用。

lora_433


將之編到 in band 的好處是:

  • 必要時,可按牌照 UHF 輸出功率上限調升輸出功率,以增加覆蓋範圍。
  • 其他同好可參與實驗
  • 天線等配件也可用回


iGate/DiGi

lora_igate

就 iGate / DiGi 方案,我推薦的是 OE5BPA 的。起用的模塊是舊文接收到探空儀的同一款,沒有浪費。

link: https://github.com/lora-aprs/LoRa_APRS_iGate

有別一些用 Rpi + LoRa 模組的方案,這是一體化的 solution。核心是支援 WiFi 和 Bluetooth 的 ESP32,控制 LoRa 芯片。經 WiFi 上 internet 接通 Aprs 網絡,無線部份則交由 LoRa 主理。

這方案的好處有:

  • 小巧廉價,非常適合電池,太陽能供電長期操作。
  • 除必需有 WiFi 供上網外,無需其他硬件配合。

lora_igate_A

這個 iGate 耗電只 88mA,如關掉 oLED 可更省電

針無兩頭利,缺點也不少:

  • 當然是輸出功率太細。但 iGate 一般也是 Rx 向。
  • 那塊 display 字體太小,是老花的大敵。
  • 操作頻率等參數需 hardcode 在程式內,不能話改就改。
  • iGate / Digi 兩 mode 不能同一時間運行。不過 Tx power 太細,Digi 實際用途不大。

但留意,這些缺點皆是以 ham radio APRS iGate 的角度去分析。在 LoRa 的世界裡,萬變離不開這些。

igate_2

一般 iGate 的常餐:手機 + TNC 再加 Rpi 接上網。現在 LoRa 一塊香口膠大小的 PCB 經 WiFi 就搞掂

官網有詳細介紹將 fw 下載的方法,需起用 Visual Studio code,和 PlatformIO,兩者皆免費。留意 WiFi,callsign,ssid,freq 等參數需寫在 is-cfg.json 檔內。

igate_cfg


這個方案實測多個星期,未見 hang 機。相反,以 SD card 為 RW media 的 Rpi,不定期 reboot 就只能等 hang 機。

以我的 iGate 為例,Rpi 的 SD card 的壽命約四年就玩完。


Tracker

tracker2


方案多得很,我最終推薦的是波蘭同好 SQ9MDD 的方案。 方案由 OE1ACM 和 OE3CJB 起始,SQ9MDD 後改良。推介原因簡單,他接納了小弟的建議,加進頻率選項到設定介面。較早前的版本,是 hardcode 了 region 1 的 433775。

OE1ACM 和 OE3CJB 的方案衍生了不小 project。介面類同,硬件加進一點東西如濕溫模塊 BME280。

link: https://github.com/SQ9MDD/TTGO-T-Beam-LoRa-APRS

這個方案成熟,思路清晰,無需花大量時間鑽研。他的構想圖,就以 LoRa 用於 ham radio 的方略了。

digi-schemat (1)

GitHub 圖片

Setup

到 GitHub 將相對的 bin file 下載到 tracker 的硬件內。

我用的是 TTGO T-beam ver1.0。外接一塊 ssd1306 的 oLED。

這款模塊,除 ESP32,LoRa 還加上 GPS,用來做 tracker 是合適的。

另留意,外加的 0.96 吋 oled 有分新舊 version 的。新舊 version pin assignment 是不同的。

oled_pin_

如要直插的 PCB 上,必需用舊 version。

oled_pin_1

當然你如我一樣怕了那塊 0.96吋 的 oLED,買塊大既就唔駛埋。

下載完成 reboot 後,用你的電話 search 一下 WiFi,應找到一個 NOCALL-0 AP,請接進去。

nocall-0_AP

成功接通後,請用 browser 登入 192.168.4.1,這就是 tracker 的設定版面。

sq9_0

有玩開 tracker 的,對這些參數應不陌生。留意幾點。

APRS 的 ssid 向是 1-15 only。不知是否 LoRa 後放寬了,Aprs.fi 地圖上見到的 16 以上的多是 LoRa 設備,大家可盡情咁用。

WiFi 設定,暫不建議輸入。以確定 packet 是經 LoRa  上 aprs 網絡。和因輸入後就不能再以 192.168.4.1 的形式登錄設定版面。

設定完成後,記得 save,然後 reboot。


BT 不 BT

我用的 TTGO 模塊已配備 GPS。踢著 BT 用途不大。

BT_nocall

Bluetooth SSID

但如你選用的是那種沒 GPS 的模塊,那 enable BT,就可用電話的 APRS App 如 APRSdroid 接上以 KISS TNC 形式使用。


Baud rate 300/1200 的迷思

SQ9MDD 方案的秘技是支援 1200 baud。現今一般 LoRa aprs 方案,皆是 300 only。

Tracker 和 iGate 的速度需一致的。

open source 的好處是,大家可參與其中。在 iGate 改以下参數就可變為 1200 Baud 了。

igate_1200

盡管兩者速度不同,但用在同頻是 ok。兩者不互干擾。


小結

傳統旗艦級的手機是內置 APRS + GPS,賣得貴一貴。

隨著 LoRa 年代的來臨,起用一些廉價模塊就幾乎可取而代之這些貴價功能。

本文介紹的方案,皆是以現成模塊設立。有點手藝的同好,可起用 OE1ACM & OE1CGC 的設計,整個 design,可拿來賣咁滯。

link:  https://www.lora-aprs.at/index.php/software/

tracker_O


LoRa 下一文應是介紹細 power 版,1W 版遲點才開工。

這些方案到我手上,從來不會令大家失望。

LoRa 是一個大題目,並可帶出一些附屬 project,如太陽能供電 iGate,Wx station 等。

另一些實驗,如覆蓋率,以致由 KG5VBY 發明的 QMesh LoRa 語音方案也是一個很好的研究課題。


待續…

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8 Responses to 系列文章 – 我的 LoRa 之路(一) 起手式

  1. YM NG says:

    若想跟不同地方的 ham 友學習﹐有無邊啲海外0既 forum 可以推薦一下呢? 不想自己做井底之蛙局限於香港, thx .

  2. Moon says:

    有無更詳細技術參考教學?剛入坑所識不多!

    • administrator says:

      LoRa 技術日新月異。這篇可算是舊作了。新一系列的 LoRa 文章,編寫和測試進行中。成功的話,不只用在 APRS 中。

  3. YM NG says:

    請問 TTGO T-beam 是不是在淘寶買的?我見沒有什麼成交及評價﹐不敢落單!

  4. Key says:

    唔知而家香港玩lora有幾多人呢?

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