Archiv der Kategorie: Code

LoRa APRS Tracker auf ESP32 Basis

In meinem Blog habe ich häufig Raspberry-basierte Lösungen und Anwendungen beschrieben. In letzter Zeit (in den letzten 1-2 Jahren) entstehen in der Community aber immer mehr Lösungen auf Basis von ESP8266 bzw. dem quasi-Nachfolger ESP32, also basierend auf einem „Mikroprozessor“ und nicht einem vollständigen Linux-System, wie es beim Raspberry der Fall ist. Das finde ich sehr toll, weil damit die Pflege des vollständigen Linux-Systems hinfällig wird und ich leider auch schon viele SD-Karten tauschen musste, die mit der Zeit kaputt geworden sind. Immerhin sind die Rapsberrys oft im Außenbereich den Temperaturschwankungen und Änderungen der Luftfeuchtigkeit des Wetters und der Jahreszeiten ausgesetzt.

Als Client, Node, Tracker, Endgerät – wie auch immer man es nennen möchte – ist der ESP8266 schon länger im Einsatz. Neu ist, dass nun mit dem ESP32 Prozessor ein leistungsstarker Kern verfügbar ist, der auch Anwendungen ermöglicht, die früher einen Raspberry oder ähnliche Geräte erfordert hätten. Immerhin hat der im Jahr 2016 vorgsetellte ESP32 beeindruckende Leistungsdaten (für einen stromsparenden Mikroprozessor): 160 bis 240 MHz auf einer Dual-Core-Plattform mit 520 KB SRAM. Eingebaut sind WLAN (802.11 b/g/n) mit Bluetooth und zahlreiche Schnittstellen, auszugsweise zB.: GPIOs, 12bit ADC und 8bit DAC, SPI, I²S, I²C, UART, Unterstützung für SD/eMMC, Ethernet, CAN 2.0 uvm. Das Datenblatt gibt dazu mehr Auskunft.

Nachdem in diesem Leistungsbereich jetzt neue Anwendungen ermöglich werden, freut es mich besonders, dass Initiativen wie das LoRa APRS davon profitieren und handfeste Lösungen auch für den Gateway-Einsatz verfügbar sind, aktiv entwickelt und laufend verbessert werden.

OM Andi OE1ROT stellt auf seinem Blog einerseits einen Tracker mit TTGO T-Beam (433 MHz!) vor, als auch die nun verfügbaren Gateways auf ESP32 Basis. Ich möchte hier in meinem Blog nicht nochmal alles beschreiben, Andi hat das bereits sehr ausführlich getan, daher verlinke ich diesmal nur zu seinem Eintrag:
https://www.aronaut.at/2020/11/lora-aprs-gateway-mit-esp32-boards/

Die Projekte werden auf Github in diesem Bereich gehostet: https://github.com/lora-aprs
Die iGate Software wird von Peter OE5BPA hier aktuell angeboten:
https://github.com/lora-aprs/LoRa_APRS_iGate

Die TTGO T-Beams sind zB. hier bei Amazon erhältlich: TTGO T-Beam ESP32 mit LoRa für 433 MHz (ggf. OLED Display nicht vergessen)

IoT und Hausautomatisierung mit Sonoff

Vor einigen Monaten bin ich von einem Freund auf die Produkte von Sonoff aufmerksam geworden. Die Geräte von Sonoff sind sehr preiswert und ermöglichen das Schalten von Verbrauchern, Auslesen von Sensorwerten und Messwerten.

Das Besondere dabei: die Geräte nutzen WLAN für die Kommunikation. Dafür wird der ESP8266 Chip verwendet, den viele schon aus der IoT („Internet of Things“)-Welt kennen. Es gibt neben der Sonoff-Software auch alternative Open Source-Projekte, mit denen die Geräte unabhängig von der „Sonoff-Cloud“ betrieben werden können. Beispielsweise verwende ich die TASMOTA-Software, um meine Sensoren und Aktoren von Sonoff mit FHEM zu nutzen. Der Austausch der Informationen funktioniert dabei mittels MQTT, wodurch man sehr flexibel ist – auch bei der Integration mit anderen Systemen.

Kurzer Überblick

Die Sonoff-Produkte senden ihre Daten entweder über ein eigenes Protokoll im 433-MHz-Bereich oder über WLAN. Ich konzentriere mich hier auf die WLAN-Nutzung, da sich damit für mich mehr Anwendungen realisieren lassen.

Schalter

Zum Schalten von 230 Volt-Endgeräten gibt es mehrere Möglichkeiten:

Schalter mit Messfunktion

Diese Produkte ermöglichen das Schalten abhängig von Temperatur und Luftfeuchtewerten bzw. melden den Energieverbrauch.

Für die Nutzung der Temperatur- & Luftfeuchtemessung gibt es drei Sensoren, die an den TH10 oder TH16 angeschlossen werden:

  • DS18B20: Außensensor aus rostfreiem Stahl
  • AM2301: Innensensor mit Temperatur- & Luftfreuchtesensor
  • Si7021: Innensensor mit hochpräzisem Temperatur- & Luftfreuchtesensor

Touch

Mit diesen kapazitativen Schaltern kann man Kommandos an die Haussteuerung senden oder Schalter bedienen.

Es gibt noch etliche weitere Produkte von Sonoff. Stöbert doch einfach mal! Beim Kauf empfehle ich darauf zu achten, ob das Teil über WLAN oder 433 MHz zu betreiben ist, damit alle Produkte zueinander kompatibel sind.

Software / Firmware

Falls ihr die Geräte werden nach dem Kauf mit der Original-Software betreiben möchtet, gibt es eine entsprechende Smartphone-App für die Konfiguration. Die Daten landen in der Sonoff-Cloud und können dort mit Diensten wie zB. Alexa oder IFTTT verknüpft werden. Natürlich ist man hier von der Cloud abhängig.

Als Alternative kann ich die Software TASMOTA empfehlen. Man muss zwar einmalig jedes Gerät mit TASMOTA flashen (ein TTL-Konverter mit 3,3V wird benötigt), ist dann jedoch unabhängiger. Man kann Schaltbefehle über ein Webinterface steuern oder das Gerät per MQTT an eine Haussteuerung oä. anbinden. Für diese Variante hat man zwar ein bißerl mehr Aufwand, ist aber unabhängiger.

Details zu TASMOTA und dem Flashen dieser Firmware gibt es hier:
https://github.com/arendst/Sonoff-Tasmota/wiki

LoRa APRS Gateway mit Raspberry Pi Zero W

In einem anderen Beitrag habe ich darüber berichtet, dass wir erfolgreich über LoRa-Modulation APRS-Pakete gesendet haben und wie ein APRS-Tracker mit Arduino zu bauen und programmieren ist.

Nun habe ich von Sascha (www.iot4pi.com) ein fertiges, von ihm konstruiertes Board, für einen LoRa APRS Gateway bekommen. Wie er diese Boards erstellt und zusammenbaut, hat er übrigens auf seiner Seite näher beschrieben:
www.iot4pi.com/de/bau-des-lora-gateway-shield

Die Software, das Image für die SD-Karte (ich habe ein 8 GB-Karte zur Hand), findet ihr hier zum Download:
www.iot4pi.com/de/raspberry-pi-projekte-software/lora-aprs-gateway

Nachdem man die SD-Karte in den Raspberry gesteckt und das Gehäuse mit dem Raspberry darin geschlossen ist, bootet man den Raspberry zum ersten Mal.

Ich habe in der /etc/network/interfaces sofort eine statische IP-Adresse eingetragen.

Die Konfiguration des Gateways fwird in der Datei /home/pi/iot4pi/APRS.conf vorgenommen. Im Wesentlichen muss man nur folgende Zeilen anpassen:

APRS_IS_CALL:OE1SCS-10
APRS_IS_PASSCODE:12345
LATITUDE:4811.48N
LONGITUDE:01623.23E

Wichtig ist auch, dass man zur Netzwerkanbindung das WLAN am Raspberry Zero W konfigurieren muss. Dazu tragt man in der Datei /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf folgende Zeilen ein:

country=AT
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1

network={
    ssid="meinwlan"
    psk="meinpasswort"
}

Da der Gateway nicht für den Außeneinsatz geeignet ist, habe ich mir eine kleine flache Fensterdurchführung zugelegt, mit der ich die Antennenleitung ans Fensterbrett bekomme und dort mit einer 70cm-Magnetfußantenne für 433 MHz verbinde.

Einkaufsliste LoRa APRS Gateway auf Raspberry Pi Zero W

Optional, für den Anschluss an einen Monitor:

WordPress Updates über Kommandozeile

Mittlerweile nutze ich für mehrere Projekte WordPress. Ich bin recht zufrieden, die Blogs laufen teilweise schon fast 3 Jahre und ich habe kaum Probleme.

Leider laufe ich immer wieder in Probleme beim Update über das Webinterface. Eine Alternative scheint zu sein, Updates per Kommandozeile auszuführen. Dazu gibt es das Werkzeug „wp-cli“, das ich hier kurz vorstellen möchte.

Installation von wp-cli

Das Werkzeug wird von dieser Adresse gedownloadet und getestet: https://raw.github.com/wp-cli/builds/gh-pages/phar/wp-cli.phar

$ curl -O https://raw.githubusercontent.com/wp-cli/builds/gh-pages/phar/wp-cli.phar
$ php wp-cli.phar --info

Wenn alles OK ist, installiere ich es als /bin/wp und setze das Execute-Bit:

$ chmod +x wp-cli.phar
$ sudo mv wp-cli.phar /bin/wp

Nun kann ich es systemweit als „wp“ aufrufen. Für Aktionen sollte es als User laufen, mit dem auch WordPress betrieben wird. Dazu starte ich es über sudo und mit Hinweis auf den Installationspfad der WordPress-Dateien:

root@wp:~# sudo -u wp -i wp --path=/var/www/html --info
PHP binary: /usr/bin/php5
PHP version: 5.5.9-1ubuntu4.22
php.ini used: /etc/php5/cli/php.ini
WP-CLI root dir: phar://wp-cli.phar
WP-CLI vendor dir: phar://wp-cli.phar/vendor
WP_CLI phar path: /home/wp
WP-CLI packages dir: 
WP-CLI global config: 
WP-CLI project config: 
WP-CLI version: 1.4.1

Updates

Updates spiele ich nun mit Hilfe von wp-cli ein. Damit lassen sich auch mehrere Updates über mehrere Installationen automatisieren. Mit dem Suffix „–all“ muss man nicht einzeln die Plugins anführen, sondern kann alle Plugins in einem Durchgang aktualisieren.

Plugins kann man mit diesem Kommando auf einmal updaten:

sudo -u wp -i wp --path=/var/www/html plugin update --all

Themes werden auf diesem Weg alle aktualisiert:

sudo -u wp -i wp --path=/var/www/html theme update --all

Und die Core Version von WordPress wird mit diesem Kommando auf den neuesten Stand gehoben:

sudo -u wp -i wp --path=/var/www/html core update

 

APRS über LoRa mit Dragino LoRa/GPS shield für 70cm-Band

In den letzten Monaten habe ich mich sehr viel mit LoRa und LoRaWAN beschäftigt. Bei den zahlreichen Treffen hat mir die Amateurfunk-Community erzählt, dass LoRa auch ein guter Ersatz für das FSK/AFSK basierte APRS sein könnte und an einer Implementierung arbeiten.

Das halte ich für eine tolle Idee! APRS hat mich – wie ihr an anderen Beiträgen meines Blogs erkennen könnt – schon immer sehr interessiert!

Es handelt sich also nur um den Ersatz der Modulation durch LoRa und nicht um eine vollwertige LoRaWAN-Implementierung, die ja auch das ganze Umfeld der Datenverarbeitung mit einschließen würde. Daher ist man auch hinsichtlich QRG (Frequenz) flexibel. Die Hardware für LoRa ist ja für 868 MHz, 433 MHz und 912 MHz erhältlich. Der Bereich um 912 MHz ist in der EU nicht frei nutzbar. Im „kommerziellen“ Einsatz (LoRaWAN) ist 868 MHz die Wahl für Europa.

Funkamateure sind sowieso im Bereich um 433 MHz „zu Hause“, das ja für viele Anwendungen als 70cm-Band bekannt ist und dort seitens Amateurfunk als Primärdienst genutzt werden kann.

Damit ist für mich die Trennung der Anwendungen und Frequenzen auch schlüssig umsetzbar:

  • LoRaWAN nutzen wir (kommerziell) auf 868 MHz und
  • LoRa für APRS im 430-439 MHz Bereich als Amateurfunkdienst!

APRS Tracker

Das Ziel ist also, einen APRS-Tracker zB. für’s Auto mit LoRa-Modulation im70cm-Band zu schaffen. Die Daten sollen dann wie andere APRS-Anwendungen über zB. aprs.fi zur Verfügung stehen.

Auf der Webseite von DJ7OO (http://www.kh-gps.de/lora.htm) wird sehr viel zu dem Thema erklärt. Die Software basiert auf Codeteilen, die von Stuart Robinson (ua. auf dieser Website https://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?2454546-Arduino-LoRa-Long-Range-Lost-Model-Tracker) veröffentlicht wurden. Bitte beachtet die Lizenz, die hier kommerzielle Nutzung auch von Codeteilen ohne ausdrücklicher Zustimmung von Stuart untersagt.

Die meisten OMs haben ihre Sender auf Basis von Arduino Pro Mini erstellt. Dazu benötigt man noch ein paar Kleinteile, ua. ein GPS-Modul und den RFM98W LoRa-Chip.  Ich gestehe, das Löten vermeide ich, wenn es leicht möglich ist – daher habe ich nach einer andere Hardware-Lösung gesucht.

ohne löten: Dragino LoRa/GPS shield

Mit den LoRa/GPS-Shields von Dragino habe ich ja bereits in anderen Projekten gute Erfolge erzielt. Diese Shields sind natürlich auch für 433 MHz erhältlich. Ich kaufe übrigens meistens über Tindie. Es funktioniert zuverlässig, die Lieferung dauert ca. 3 Wochen:
https://www.tindie.com/products/edwin/loragps-shield-for-arduino/

Das Tolle ist, dass man dazu nur noch einen Arduino Uno benötigt, zusammensteckt und für viele Anwendungen eine fertige Lösung hat!

Als Basis für meinen Code habe ich die Version von Sascha (iot4pi.com) und Karl OE1KEB gewählt, die für den Arduino Pro Mini geschrieben ist:
https://github.com/IoT4pi/LoRa-APRS-Sender
(Den Link zu meinem Fork für’s Dragino LoRa/GPS findet ihr  unten.)

Die Software benutzt SoftSerial, um auf die GPS-Daten zuzugreifen. Dazu benötigt man zwei Jumper Wire Kabel (M-F). Am Dragino LoRa/GPS Shield werden die Jumper bei TX_GPS und RX_GPS entfernt und mit den digitalen Eingängen 3 und 4 verbunden werden.

Bitte beachtet, dass nur lizenzierte Funkamateure diesen Funkdienst benutzen dürfen, es wird auch ein Funkrufzeichen (Call) benötigt, das eingestellt werden muss!

Die von mir für das Dragino LoRa/GPS Shield abgeänderte Software findet ihr hier:

https://github.com/schulti/LoRa-APRS-Sender

Bitte ändert euren Call und ggf. die SSID („-12“)  in dieser Variable:

String Tcall="OE1SCS-12"; //your Call Sign

Die Software muss nun nur noch auf den Arduino raufgeladen werden und schon kann man testen. Der erste GPS-Fix dauert leider ein bißerl – da muss man etwas Geduld haben. An einer blinkenden LED sieht man, dass ein GPS-Fix vorhanden ist.

Ein Blick auf die Webseite https://aprs.fi hat den Tracker sofort gezeigt:

Auch die Rohdaten sehen vernünftig aus. Meine Pakete wurden von OE1XBR-10 empfangen:

Nun bin ich also zusätzlich zur 2m APRS Antenne über 70cm LoRa APRS unterwegs. Zusätzlich habe ich einen GPS Mapper für LoRaWAN (868 MHz):

Für’s Autodach habe ich eine Magnetfußantenne für 433 MHz und einen aktiven GPS-Empfänger bestellt. Das Shield hat eine GPS-Antenne eingebaut. Es schaltet von selbst um, sobald es erkennt, dass eine externe Antenne angesteckt wird.

Damit lassen sich ganz einfach Vergleichsfahrten zwischen den Technologien durchführen, zB: unten links LoRa-APRS-70cm mit APRS-2m im Vergleich (Argent Data OpenTracker+):

Einkaufsliste für den LoRa/GPS APRS Tracker

Die Bauteile sind um gesamt € 42,- erhältlich, um weitere €  15,- gibt’s die Antennen für’s Autodach dazu:

Optional:

günstiger 1ch LoRa Gateway: RFM95W direkt zu Raspberry verkabelt

Obwohl ich der Meinung bin, dass vollwerte LoRaWAN-kompatible Gateway wirklich Sinn ergeben, beschäftige ich auch mit den preiswerten Single Channel (1ch) Gateways. Für Entwicklungen zu Hause ist das ja eine günstige Option.

Nachtrag Juli 2017: wir haben mit dem Aufbau einer Community bei The Things Network in Wien begonnen. Das Ziel ist die Schaffung eines freien und offenen Netzes für IoT. Nachdem ich mehrfach auf meinen Blog hin angeschrieben wurde, es den Personen aber nicht bewusst war, dass sich hier was tut, möchte ich auf folgende Links verweisen: folgt uns auf Twitter (@TTN_Vienna), für Updates und Infos zu den nächsten Treffen oder besucht die Wiener Community Seite!

Hier habe ich eine Anleitung gefunden, mit der tatsächlich um € 13,90 für das LoRa-Modul ein Raspberry Pi supereinfach zu so einem 1ch-Gateway wird: https://www.hackster.io/ChrisSamuelson/lora-raspberry-pi-single-channel-gateway-cheap-d57d36

Achtung, die Anleitung im Link oben empiehlt die Änderung zur amerikanischen Frequenz (902,3 MHz). In Europa bleiben wir bei 868,1 MHz! (Das ist eh der Standardwert) In meiner Anleitung ist auch die IP-Adresse der europäischen Server von TTN enthalten.Die Schritte sind recht einfach:

  • Man bestellt das LoRa RFM95W-868S2 Transceiver Modul.
  • man teilt 4 Jumper Wire Kabel in der Hälfte, sodass auf einer Seite eine Buchse (female) und auf der anderen Seite der blanke Draht ist.  7 davon lötet man an diese Position am Transceiver Modul: DI00, 3.3V, MISO, MOSI, SCK, RESET, NSS und GND (neben MISO)
  • Als Antenne verwenden wir hier zwei Drähte, die 83mm Länge haben und an die Positionen ANA und GND (neben ANA!) gelötet werden. Als Draht wird ein 18ga empfohlen, das ist in unseren Breiten ein 1mm Drahtstück.
  • Nun verbindet man diese mit den PINs am Raspberry GPIO:
    3.3V -> PIN1, GND -> PIN6, DI00 -> PIN7, RESET -> PIN11, NSS -> PIN22, MOSI -> PIN19, MISO -> PIN21 und SCK -> PIN23
  • jetzt kann auch schon die Software installiert werden. Es wird git, wiringpi und der Code für den Single Channel Gateway benötigt:
sudo apt install git wiringpi
git clone https://github.com/tftelkamp/single_chan_pkt_fwd
  • im raspi-config-Tool muss nun die SPI-Schnittstelle aktiviert werden (im Menü „Interfacing Options“ -> „SPI“:
sudo raspi-config
  • nach einem Reboot (wird von raspi-config vorgeschlagen) konfiguriert man die Einstellungen in der main.cpp des single_chan_pkt_fwd Codes:
// Set location
float lat=48.1906;
float lon=16.3867;
int alt=200;

/* Informal status fields */
static char platform[24] = "1ch Gateway";
static char email[40] = "meine@email.adresse";
static char description[64] = "RFM95W directly wired";

// define servers
#define SERVER1 "52.169.76.203"
  • Der Code kann nun mit make compiled werden:
make
  • Nun können wir den Gateway das erste Mal starten:
./single_chan_pkt_fwd
  • Die EUI, die hier gezeigt wird, müssen wir nun bei der Console von TheThingsNetwork als EUI eines neuen Gateways eintragen. Dieser wird sofort angezeigt und übermittelt auch auf Anhieb die Daten, die er empfangen hat.

Ich lege mir meist noch ein Startkommando zurecht, bei dem ich auch den Output in die Datei /var/log/ttn-single-chan-pkt-fwd.log schreibe. Dazu füge ich in der /etc/rc.local folgendes hinzu (am Ende, aber vor dem „exit 0“):

/home/stefan/single_chan_pkt_fwd/single_chan_pkt_fwd >> /var/log/ttn-single-chan-pkt-fwd.log 2>&1

Nach einem Reboot wird so die Software automatisch ausgeführt und ein Logfile angelegt.

GPS am Dragino LoRA HAT

Mit dem Dragino LoRa GPS HAT auf meinem Raspberry Pi 2 betreibe ich einen Single Channel Gateway, wie in meinem anderen Beitrag beschrieben.

Nachtrag Juli 2017: wir haben mit dem Aufbau einer Community bei The Things Network in Wien begonnen. Das Ziel ist die Schaffung eines freien und offenen Netzes für IoT. Nachdem ich mehrfach auf meinen Blog hin angeschrieben wurde, es den Personen aber nicht bewusst war, dass sich hier was tut, möchte ich auf folgende Links verweisen: folgt uns auf Twitter (@TTN_Vienna), für Updates und Infos zu den nächsten Treffen oder besucht die Wiener Community Seite!

Nun möchte ich auch die GPS-Funktion ausprobieren! Vielleicht kann ich es zur Zeitsynchronisierung nutzen? Naja, vielleicht im Vergleich zu NTP für meine Anforderungen etwas viel Aufwand. Aber schauen wir mal…

Als Antenne verwende ich eine Magnetantenne (für zB. Autos) mit 3m Kabel.

Die serielle Schnittstelle ist am Raspberry mit der Console belegt und muss erst freigegeben werden, bevor wir GPS-Daten empfangen können:

In der Datei /boot/cmdline.txt entfernen wir den Eintrag für

console=/dev/ttyAMA0

Danach beenden und deaktivieren wir das Service für die serielle Ausgabe:

# systemctl stop serial-getty@ttyAMA0.service
# systemctl disable serial-getty@ttyAMA0.service

Nun installieren wir gpsd & Co:

# apt-get install gpsd gpsd-clients python-gps

Folgende Zeilen bleiben in meiner /etc/default/gpsd als Konfiguration:

START_DAEMON="true"
USBAUTO="true"
DEVICES=""
GPSD_OPTIONS="/dev/ttyAMA0"
GPSD_SOCKET="/var/run/gpsd.sock"

Nach einem Reboot kann ich cgps aufrufen:

An diesen Anleitungen habe ich mich orientiert:
für Raspberry Pi 2
für Raspberry Pi 3 funktioniert es ein bißerl anders.

LoRa Single Channel Gateway

Mit Freunden baue ich einen Multi-Channel-Gateway, der auf sämtlichen LoRa-Kanälen empfangen und senden kann – und das mit allen SF (Spreading Factors). So ein Gateway kostet knapp 400 Euro in Summe – das ist mir zum Spielen für zu Hause zu teuer.

Nachtrag Juli 2017: wir haben mit dem Aufbau einer Community bei The Things Network in Wien begonnen. Das Ziel ist die Schaffung eines freien und offenen Netzes für IoT. Nachdem ich mehrfach auf meinen Blog hin angeschrieben wurde, es den Personen aber nicht bewusst war, dass sich hier was tut, möchte ich auf folgende Links verweisen: folgt uns auf Twitter (@TTN_Vienna), für Updates und Infos zu den nächsten Treffen oder besucht die Wiener Community Seite!

Single Channel Gateway = günstig

Die günstige Variante, die streng genommen nicht LoRaWAN-kompatibel ist, weil sie nur eine Frequenz und einen Spreading Factor unterstützt, ist ein Single Channel Gateway. Dieses hört auf einen vordefinierten (aber konfigurierbaren) Kanal mit einem vordefinierten Spreading Factor (auch konfigurierbar) und sendet die Daten an The Things Network.

Als Basis nehme ich einen Raspberry Pi 2, der aktuell eh auf eine Aufgabe wartet. Das LoRa & GPS HAT von Dragino nutze ich für die LoRa-Übertragungen. Das HAT habe ich um € 29,- bei Tindie erstanden. In Summe bin ich bei Kosten von weniger als € 65,-.

Einsatzgebiet

Wie beschrieben ist ein Single Channel Gateway kein vollständig LoRaWAN-kompatibler Gateway. Er hört nur auf eine Frequenz (Kanal) und versteht nur einen SF. Nachdem meine Sensoren abwechselnd auf drei Frequenzen senden, stelle ich den Single Channel Gateway auf eine Frequenz ein – und ich stelle mich darauf ein, nur jedes dritte Paket zu empfangen. (Da bei LoRa ja ein Counter mitläuft, kann ich das leicht nachprüfen.)

Falls ich einmal einen Sensor permanent installieren möchte, würde ich ihn fix auf die eine Frequenz stellen, die der Gateway (oder mehrere?) auch nutzt. Damit wäre ein kleines LoRa-Netzwerk möglich, das aber nur auf einer Frequenz funktioniert.

Installation

Es ist ganz einfach:

  1. aktuelle Raspian-Version installieren und Raspberry vorbereiten (resize disk, SSH-Zugriff für Fernzugriff aktivieren, Passwort und IP-Einstellungen ändern)
  2. alles aktualisieren und wiring-pi installieren:
apt-get update && apt-get dist-upgrade
apt-get install wiringpi

3. in raspi-config das SPI Interface aktivieren & rebooten

4. die Single Channel Gateway Software von Github laden und installieren:

wget https://github.com/tftelkamp/single_chan_pkt_fwd/archive/master.zip
unzip master.zip

und ein paar Parameter in der main.cpp konfigurieren:

// SX1272 - Raspberry connections
int ssPin = 6;
int dio0  = 7;
int RST   = 0;

// Set spreading factor (SF7 - SF12)
sf_t sf = SF7;

// Set center frequency
uint32_t  freq = 868100000; // in Mhz! (868.1)

// Set location
float lat=48.0;
float lon=16.0;
int   alt=200;

/* Informal status fields */
static char platform[24] = "Single Channel Gateway"; /* platform definition */
static char email[40] = "meine@email.at"; /* used for contact email */
static char description[64] = "Dragino LoRa GPS HAT Raspberry 2"; /* used for free form description */

// define servers
#define SERVER1 "52.169.76.203" // The Things Network: router.eu.thethings.network #define PORT 1700 // The port on which to send data

Danach mit „make“ builden:

make

Und schon kann ich den Gateway starten:

./single_chan_pkt_fwd

Einrichten bei The Things Network

Nun erstelle ich den Gateway in der TTN Console:

  • Register Gateway
  • dann wähle ich „I’m using the legacy packet forwarder“. Somit kann ich die Gateway EUI eingeben, die mir beim Start meines Single Channel Gateways angezeigt wurde.
  • die Description kann frei gewählt werden
  • der Frequency Plan ist Europe in meinem Fall und der
  • Router EU. Das ist auch die IP-Adresse, die wir oben in der main.cpp definiert haben. (Details siehe hier: https://www.thethingsnetwork.org/wiki/Backend/Connect/Gateway)
  • mehr muss man nicht tun (natürlich ist es schön, die GPS-Position und Höhe einzugeben)

Das war’s! Bei „Data“ kann ich zusehen, wie die Daten ankommen, und binnen kurzer Zeit bestätigt sich die Vermutung, dass ich jeden dritten Counter sehen werde:

Stückliste zum Nachbauen

  1. Raspberry Pi (2 oder 3)
  2. Dragino LoRa GPS HAT, alternativ hier beim Hersteller mit längerer Lieferzeit zu erstehen: https://www.tindie.com/products/edwin/loragps-hat/
  3. ev. eine coole Antenne? (nicht unbedingt nötig, es ist eine beim LoRA GPS HAT dabei)

LoRa Reichweite mit TTNmapper abschätzen

Nachdem wir jetzt auch einen Gateway fertig haben (ich werde in einem eigenen Beitrag berichten) und mehrere Sensoren funktionieren, wäre es doch mal interessant, die Reichweite der Signale kennenzulernen.

Grundsätzlich senden meine Sensoren bisher nur Messdaten, im Moment aber noch eher statische kurze Textmitteilungen. Was mir fehlt sind die GPS-Positionsdaten, damit ich feststellen kann, von welcher Position mit welcher Signalstärke Pakete empfangen wurden (RSSI).

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Bevor ich mich damit beschäftige, mit dem LoRa/GPS Shield auch die GPS-Daten mitzusenden, möchte ich mit ttnmapper.org mal die GPS-Daten dazuschummeln. TTNmapper hat einen super Ansatz dafür gewählt: in der Annahme, dass ich mein Smartphone (Android) und meinen Sensor bei mir habe (mit mir herumtrage oder in meinem Fall beides mit dem selben Auto unterwegs ist), ergänzt TTNmapper mit einer eigenen App einfach die GPS-Position vom Smartphone. Clever!

Funktionsweise

Klarerweise muss ich auf meinem Android Smartphone die App aus dem Play Store installieren. Danach melde ich mich in der App mit meinen Login-Daten bei The Things Network an und wähle aus meinen Applikationen und Devices den Sensor aus, mit dem ich aktuell messen möchte. (Falls jemand seine Logindaten nicht bekanntgeben möchte, kann man auch direkt die Zugangsdaten für den MQTT-Zugang des Device eingeben, das ist natürlich viel umständlicher, aber man muss die Zugangsdaten nicht eingeben).

Ab sofort höre ich jedesmal, wenn ein Paket angekommen ist (die App erfährt das über MQTT wirklich sofort) einen Ton.

Also habe ich eine kleine Magnetfußantenne für 868 MHz neben meine APRS-Antenne auf’s Auto montiert und die App bei meiner heutigen Ausfahrt mitlaufen lassen. Die Stromversorgung über 12V Anschluss auf einen Verteiler mit USB-Hub war zum Glück für Amateurfunkzwecke schon vorhanden und musste ich nur mehr dazustecken.

Es hat super funktioniert! Beim Starten des Motors ist sofort das erste Klingeln am Smartphone hörbar gewesen.

Nach einer kurzen Ausfahrt hat sich folgendes Bild ergeben:

An die Farbgebung muss man sich noch gewöhnen, zum Glück ist eine Legende dabei. Die besten Signalstärken sind rot, die schlechtesten grün und türkis/blau.

Erfreulicher Weise hat mich auch der Gateway von Peter im 2. Bezirk ein paar Mal empfangen.

Zum Vergleich: links die heutige Route über APRS protokolliert und rechts die Punkte, an denen LoRa-Pakete angekommen sind:

LoRa TTN Gateway Pakete mit tcpdump mitprotokollieren

Über die Schnittstellen bei TTN (The Things Network) kann man eine Menge Daten auslesen – natürlich die Inhalte (Payload) der Applikationen und einige technische Werte.

Konkret interessiert mich zB. der RSSI (Eingangssignalstärke) der vom LoRa Gateway empfangenen Pakete. Im Webinterface kann man in der TTN Console im Bereich Gateway mitschauen und erhält hübsche JSON-Objekte, in denen alles enthalten ist. Ich habe aber keine Schnittstelle gefunden, mit der ich es auslesen kann – weder live noch nachträglich (als gespeicherte Werte).

Nachtrag Juli 2017: wir haben mit dem Aufbau einer Community bei The Things Network in Wien begonnen. Das Ziel ist die Schaffung eines freien und offenen Netzes für IoT. Nachdem ich mehrfach auf meinen Blog hin angeschrieben wurde, es den Personen aber nicht bewusst war, dass sich hier was tut, möchte ich auf folgende Links verweisen: folgt uns auf Twitter (@TTN_Vienna), für Updates und Infos zu den nächsten Treffen oder besucht die Wiener Community Seite!

Nachdem ich mir das Protokoll schon angeschaut habe, war mir klar, dass es die Daten unverschlüsselt überträgt. Es nutzt übrigens UDP für die Kommunikation zu den TTN Network Servern auf Port 1700.

Also habe ich meiner /etc/rc.local (vor dem „exit 0“!) folgenden Eintrag hinzugefügt:

/usr/sbin/tcpdump -Aq port 1700 >> /var/log/ttn-tcpdump-gateway.asc &

Damit wird nach jedem Reboot in die Datei /var/log/ttn-tcpdump-gateway.asc per tcpdump in ASCII die Inhalte aller Verbindungen zu Port 1700 gespeichert:

Mich interessieren eigentlich nur Übertragungen und Statusmeldungen. In beiden kommt „rx“ vor:

cat /var/log/ttn-tcpdump-gateway.asc | grep rx

Die Meldungen beginnen immer mit 41 Zeichen (Byte) Header, die kann man wegschneiden:

cat /var/log/ttn-tcpdump-gateway.asc | grep rx | cut -c 41-

Wenn nach „rxpk“, der Meldung für ein empfangenes Paket suche, erhalte ich nur Meldungen, die der Gateway über LoRa empfangen hat:

cat /var/log/ttn-tcpdump-gateway.asc | grep rxpk | cut -c 41-

Hier hat man nun je Zeile ein JSON-Objekt mit sämtlichen Details zur Kommunikation:

{"rxpk":[{"tmst":4242060820,"time":"2017-04-15T14:55:05.977557Z","chan":1,"rfch":1,"freq":868.300000,"stat":1,"modu":"LORA","datr":"SF9BW125","codr":"4/5","lsnr":-10.5,"rssi":-115,"size":24,"data":"QK4XASaAvxEBoUDxzpcOkO+F6T1TVsvg"}]}

wird zB. mit http://jsonviewer.stack.hu/ zu

{
  "rxpk": [
    {
      "tmst": 4242060820,
      "time": "2017-04-15T14:55:05.977557Z",
      "chan": 1,
      "rfch": 1,
      "freq": 868.300000,
      "stat": 1,
      "modu": "LORA",
      "datr": "SF9BW125",
      "codr": "4/5",
      "lsnr": -10.5,
      "rssi": -115,
      "size": 24,
      "data": "QK4XASaAvxEBoUDxzpcOkO+F6T1TVsvg"
    }
  ]
}