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Prototypage de la surveillance sans fil LoRa avec XinaBox première partie : Introduction

Prototypage rapide d'un système de capteurs sans fil longue portée avec la plate-forme électronique modulaire.

XinaBox est un système électronique modulaire qui comprend des processeurs intégrés, des interfaces hôtes, des capteurs, une alimentation, des communications, une sortie, et plus encore. L'interconnexion est possible sans fils, sans soudures ni platines, grâce à un facteur de forme standard et des connecteurs de bus "xBUS" compacts.

Dans cette série d'articles, nous verrons comment XinaBox peut être utilisé pour prototyper un système de capteurs sans fil capable de fonctionner sur des distances extrêmement longues et/ou dans des environnements difficiles.

Scénario d'utilisation

Notre scénario d'utilisation hypothétique est la surveillance sans fil pour des applications de sécurité pour lesquelles les systèmes tels que le Bluetooth et le Wi-Fi ne conviennent pas en raison de leur portée relativement courte. Cela pourrait donc être une solution pour une utilisation dans un site tentaculaire s'étendant sur des centaines de mètres ou plus, une opération de fabrication, par exemple. Ou ce pourrait être le transport de conteneurs, où, là encore, les distances peuvent poser des problèmes et les signaux peuvent être fortement atténués en raison des obstacles sur le trajet.

Longue portée

LoRa est une modulation propriétaire pour les communications numériques sans fil, capable d'atteindre une portée pouvant aller jusqu'à 15 km avec des appareils standard peu coûteux tout en utilisant très peu d'énergie et en fonctionnant sur des bandes de fréquence sans licence. Bien sûr, on n'a rien sans rien, l'inconvénient étant qu'il s'agit d'une bande étroite uniquement conçue pour envoyer de petites quantités de données. C'est parfait pour des capteurs sans fil, mais pas du tout adapté pour le transfert de fichiers, la navigation sur Internet et la diffusion en flux de vidéo. Dans notre cas, cela nous convient.

Si réussir des communications sur des distances de plusieurs kilomètres avec seulement quelques milliwatts peut sembler magique, cela est possible grâce à la modulation par étalement de spectre à impulsion utilisée et ce qu'on appelle les "gains de codages", qui augmentent la sensibilité du récepteur et permettent la récupération de signaux en dessous du seuil de bruit. Pour résumer, avec LoRa, le temps de diffusion et de transmission est plus long pour le transfert d'une charge utile d'une certaine taille qu'il ne l'est avec un type de modulation plus traditionnelle tel que FSK ou ASK/OOK. Toutefois, cela n'est généralement pas un problème avec les petites charges utiles.

Pas de WAN

La relation entre LoRa et LoRaWAN est une source de confusion courante. La distinction est relativement simple : alors que LoRa se contente de fournir un canal pour les informations, LoRaWAN s'appuie sur cette technologie pour permettre des réseaux hautement évolutifs avec adressage et une norme complète qui couvre la fourniture d'appareil, différentes classes de service, l'interopérabilité, etc.

Un système beaucoup plus simple sera utilisé à la place de la couche MAC LoRaWAN présentée ici.

Là encore, on n'a rien sans rien, et si LoRaWAN est fantastique pour déployer un réseau national ou international, il apporte avec lui un degré de complexité supplémentaire et la nécessité d'avoir des serveurs avec plusieurs contraintes. Pour notre application de sécurité, les exigences sont relativement simples. Par conséquent, nous voulons éliminer la complexité autant que faire se peut et supprimer toute dépendance envers des services externes, nous utiliserons donc un système peer-to-peer très simple, et pas LoRaWAN.

Une multitude d'options

Les options matérielles ne manquent pas avec XinaBox et nous pouvons voir ci-dessus une petite sélection des xChips, qui fournissent un cœur de microcontrôleur ATmega328P (174-3696), une interface Raspberry Pi (174-3694), le GPS (174-3740), du gaz COV/eCO2 (174-3732) et des capteurs de lumière visible/UV (174-3738) ainsi qu'une alimentation via une pile bouton CR2032 (174-3721).

Compatible Arduino

Le CR02 (174-3699) est un module xChip basé sur un microcontrôleur ATmega328P, associé à une radio LoRa RFM95W configurée pour 868 MHz. Les autres variantes incluent le CR01 (174-3698) et le CR03 (174-3700), configurés pour 433 MHz et 915 MHz respectivement.

Il est évidemment important de s'assurer que vous utilisez le bon module et donc la bonne bande en fonction de votre situation géographique, à savoir 433 ou 868 MHz en Europe et 915 MHz aux États-Unis.

Ces cartes sont compatibles avec Arduino Pro et Arduino Pro Mini, elles sont donc prises en charge par Arduino IDE sans avoir à installer un boîtier de support de carte supplémentaire. Cependant, les processeurs/cartes à cœur n'intègrent pas d'interface USB, étant donné que cela serait nécessaire uniquement pour la programmation et augmenterait la taille et les coûts. Nous utiliserons donc l'interface de programmation IP01 (174-3703), construite sur le FT232R et identifiée sous Linux par /dev/ttyUSBn.

À suivre

Dans le prochain article de cette série, nous examinerons de plus près le système LoRa que nous utiliserons, et nous aborderons ensuite l'envoi et la réception de données avec celui-ci.

Andrew Back

Open source (hardware and software!) advocate, Treasurer and Director of the Free and Open Source Silicon Foundation, organiser of Wuthering Bytes technology festival and founder of the Open Source Hardware User Group.

5 Nov 2018, 16:03

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