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Einfache LoRaWAN-Knoten für das IoT

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Low Power Wide Area Network (LPWAN) steht als Oberbegriff für viele unterschiedliche Protokolle. Neben dem hier betrachteten LoRa stehen Sigfox, LTE-M, Weightless, Symphony Link und einige andere im Wettbewerb.

Im Gegensatz zu einigen anderen Protokollen ist der LoRa-Standard Open Source und nicht proprietär. Das ist ein Grund für das rasante Wachstum von LoRaWAN-Netzwerken über ganze Länder, beginnend in den Ballungszentren.

Im Kindle eBook mit dem Titel „Einfache LoRaWAN-Knoten für das IoT“ beschreibe ich, wie mit sehr einfachen Mitteln und zu niedrigen Kosten LoRaWAN-Sensorknoten ohne Lötarbeiten selbst entwickelt werden können, die ihre Daten dann an einen LoRaWAN-Server senden.

Im Bild sind die betreffenden LoRaWAN-Knoten zu sehen:Nodes-1

Vom LoRaWAN-Server sind die Daten abrufbar und in eine beliebige Anwendung integrierbar. The Things Network (TTN) stellt mit seinem dezentrale Open-Source-Netzwerk die erforderliche Infrastruktur bereit.

Die folgende Abbildung zeigt, wie durch eine Subscription des Topics elsys_nodes/devices/+/up/#  alle zum LoRaWAN-Server hochgeladenen Messages von in der Application elsys_nodes registrierten Devices vom MQTT-Client MQTTlens empfangen werden.

Abbildung 57

Zum aktuellen Zeitpunkt, das war der 15.09.2018 11:38:39, betrug die Temperatur 19.4 °C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit vom 71%. Die Batteriespannung lag bei 3.532 V.

Ein andere Möglichkeit der weiteren Verarbeitung der über mittelten Daten besteht darin, dass beispielsweise ein MQTT-Client auf einem Linux-Device, wie z.B. Raspberry Pi, diesen MQTT-Topic abonniert und daraus weitere Informationen respektive Aktionen ableitet. Das könnte dann z.B. eingebunden in eine Website so aussehen:

Abbildung 58

Wer bislang mit einem Arduino erste Erfahrungen sammeln konnte, der ist bestens auf diese zukunftsträchtige Aufgabenstellung vorbereitet und kann erste praktische Erfahrungen im Internet of Things sammeln.

Die Quelltexte zu den behandelten LoRaWAN-Knoten sind auf Github abgelegt.

Link zum eBook: https://www.amazon.de/dp/B07HDP62K3
Link zur Printausgabe: https://www.amazon.de/dp/3907857356

 

TMP36 LoRa Node

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architecture

Die aus einem Arduino Uno und Dragino LoRa Shield V1.2. aufgebaute TMP36 LoRa Node misst die Aussentemperatur und überträgt die Messdaten (drahtlos) an das im Inneren platzierte LoRa Gateway.

Über dieses Gateway ist die TMP36 LoRa Node  in das TTN LoRaWAN integriert. Das LoRa Gateway besteht aus einem Raspberry Pi 3 mit einem Dragino LoRa /GPS HAT.

Dieses einkanalige LoRa Gateway hat nicht die Möglichkeiten eines voll ausgebauten LoRa Gateways, trotzdem ist es für diese einfache Aufgabenstellung geeignet. Das TTN Gateway ist bestellt und wird erwartet.

Die gemessenen Daten werden vom LoRa Gateway via Internet an den TTN Server übertragen. Zugriff auf die Daten ist über die TTN Console möglich.

Um die Daten auch anderen Anwendungen zur verfügung zu stellen, kann auf diese via MQTT zugegriffen werden. Ich verwende Mosquitto auf einem anderen Raspberry Pi, um die Daten zu abonnieren und zur Visualisierung an den Thingspeak Server zu senden. In die Website ckuehnel.ch/TMP36_LoRa_Node.html habe ich diese Grafik eingebunden.

Die für dieses Anwendungsbeispiel verwendete Software ist auf  Github abgelegt.

Erste Anwendungen mit UDOO NEO

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Nachdem die Benchmarks interessante Ergebnisse geliefert hatten, wollte ich erste Anwendungsprogramme ausprobieren.

Auf der Linux-Seite habe ich mit dem CPU-Clock experimentiert und auf der Arduino-Seite sollte der DHT11 Daten liefern, die später zum MQTT-Broker gesendet werden sollten. Zu diesem Zweck habe ich Mosquitto installiert.

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