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 LoRaham 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 sethigh 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 LoRaham 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 LoRa,還看奧地利

網上不少 LoRaham 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 433LoRa 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

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 WiFiBluetoothESP32,控制 LoRa 芯片。經 WiFiinternet 接通 Aprs 網絡,無線部份則交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 / Digimode 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 cardRW media Rpi,不定期 reboot 就只能等 hang 機。

以我的 iGate 為例,RpiSD 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 OE1ACMOE3CJB 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 hardcoderegion 1433775

OE1ACM 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

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 ssd1306oLED

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 0.96oled 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。

APRSssid 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  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 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 AppAPRSdroid 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

TrackeriGate 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power 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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M17 之野望

m17_test

What is M17

SP5WWP 主導開發,主要是有見於現時業餘數碼制式透明度底,不便進行實驗。遂以 David Rowe 開發的開源 Codec2 發展出一套名為 M17 的業餘數碼制式。

M17-logo-svg

M17 Logo

並在 GitHub 展示一支援 M17 開源硬件設計手機 TR-9

tr-9_front        m17c        m17b

Diagrams from M17 Twitter

MMDVM 之父 G4KLX 也宣告在 MMDVM 平台支援這新制式。各式 Python 程式實驗,調制示範也可在官網和 YouTube 看到。

貌似美好,但由 Day 1 我就不看好。原因如下:

  1. 多數 ham 唔介意所用技術透明度底或高,是著眼價錢能否負擔,和同好圈子所用制式。
  2. 而家最普及的 D-starC4fmDMR 三款制式不能互通,再多一個我相信很少人會雀躍。
  3. MMDVM 的支援,是基於其根本設計,以支援 9600bpsFM 機種外加線路去支援各數碼制式的中繼方案。但 MMDVM 最普及的是 hotspotpi-star,暫未支援 M17
  4. 能玩到的,不外語音制式,aprs,往後頂多加進 9600bps data。咁和其他現行制式玩法相若。
  5. 雖說開源,但會否有廠家據此開發一種 M17 通訊機,可能性不大。投資大,規格嚴(無線電器材需入 lab 取得各國認証),市場細。
  6. 承上點,咁自製吧,你睇完官網個 reference design,我諗俾理料你你都唔會搞。一大堆 SMD 料是自製的死穴。
  7. 參與入場門檻高。雖開源,但技術要求高。小弟不才,我花了大半年的業餘時間,先搞到個嚴重 breakdemo 出來。
  8. 唯一可取是 open source,工科同學可拿來理解研究當中的軟硬件設計原理和概念。


現行幾種 M17 的玩法

發射方面,開源 project OpenRTX 給出的 MD-380 方案,仍未可收發 M17,暫只支援 DMRFM。再者,MD-380 的硬體也要改裝去配合。為單一制式去改,唔好搞我。

M380_M17

OpenRTX 介面簡陋,實驗多於實際


Rpi 運行的 Mvoice,如 M17 最終能普及是 ok 的,而家作用根本不大。這種不經 wireless,以 Rpi accessroom 的玩法,其實我興趣不大。

Mvoice link: https://github.com/n7tae/mvoice

解碼方面,曾介紹過的 OpenWebRx,最新版加進支援 M17。不過因 license 條款問題,將舊版可解 DMRD-starLibrary 刪掉,需使用外置的昂貴解碼 DV stick。那有等如無。

有得簡的話,我情願你俾返軟解 DMR ,D-Star 我。

YouTube Demo

藉著 Nucleo TNCM17 模式,接上一支援 9600 的發射機,連上 AndroidM17 app, 繼以 OpenWebRx 解碼監聽。

由於 break 得非常嚴重,我在 TNC 的設定選了 Pass Allignore CRC error

總結

制式無需統一,但太多也是有點麻煩。一種真由 ham 開發的通訊制式,所謂 from hamfor ham。我只能禮貌說聲 welcome

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