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guias:lora_ttn [2018/04/20 12:53] – Alejandro Taracido | guias:lora_ttn [2021/05/07 19:14] (actual) – [Montaje gateway de un canal] Fix image link Alejandro Taracido | ||
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Línea 1: | Línea 1: | ||
- | __dfasd__ | + | ====== LoRa + TTN: comunicando cosas con Internet ====== |
+ | |||
+ | //by [[: | ||
+ | |||
+ | ===== ¿Qué vas a aprender aquí? ===== | ||
+ | |||
+ | Hacer que un cacharro electrónico sin conectividad wifi, móvil o bluetooth suba información a Internet sin hilos y a kilómetros de la civilización (o no). | ||
+ | |||
+ | Y por otro lado, toda la terminología utilizada en esta tecnología. ¡Que no es poca! | ||
+ | |||
+ | ---- | ||
+ | |||
+ | ===== LoRa (LOng RAnge) ===== | ||
+ | |||
+ | LoRa es una tecnología de transmisión inalámbrica, | ||
+ | |||
+ | Se alcanzan fácilmente 2km en área urbana y más de 10 km en área rural. ¡Actualmente el récord tierra-tierra es de 210 km con una shield de Arduino de 16$! (febrero 2017) y globo-tierra 702 km (agosto 2017). | ||
+ | |||
+ | ==== Las frecuencias de LoRa ==== | ||
+ | |||
+ | Esta tecnología de radio utiliza bandas ISM, Industrial Scientific & Medical. Estas bandas son de uso libre sin licencia pero limitadas en potencia y tiempo de transmisión. | ||
+ | |||
+ | LoRa utiliza tres frecuencias principalmente: | ||
+ | |||
+ | * 433 MHz en Asia | ||
+ | * 915 MHz en América | ||
+ | * **868 MHz en Europa** | ||
+ | Esto es muy importante! Si vas a comprar un dispositivo con LoRa, fíjate muy bien que tenga la frecuencia adecuada. Si no lo haces puedes acabar con un módulo que no pueda hablar con otros dispositivos LoRa y que incluso puede estar infringiendo las regulaciones de radio. En las webs chinas encontrarás que los módulos con banda 433 MHz son los más baratos :-( | ||
+ | |||
+ | ==== Los canales de LoRa ==== | ||
+ | |||
+ | Dentro de las bandas del anterior apartado, se definen canales de frecuencias concretas. Es complicado recordar las frecuencias de todos los canales, pero normalmente las librerías que utilizaremos ya se encargan de facilitarnos esta tarea. Quédate con que **para la banda de 868 MHz hay 10 canales** | ||
+ | |||
+ | ==== El spreading factor (SF) de LoRa ==== | ||
+ | |||
+ | Esto seguro que es nuevo para ti. El spreading factor, se podría traducir como factor de esparcimiento. Para entenderlo imagina que estás en un concierto y quieres hablar con un acompañante pero no te oye por el ruido aunque grites todo lo que puedas (potencia de transmisión). Una opción para que te escuche es hablar mucho mas despacio. Pues es lo que define este factor, cuanto te " | ||
+ | |||
+ | Lo genial de esto es que puedes llegar mucho más lejos con tu transmisor LoRa, pero tardarás mucho más en transmitir tus envíos y podrás enviar menos mensajes por la regla del 1%. | ||
+ | |||
+ | ==== La regla del 1% ==== | ||
+ | |||
+ | Otra característica nueva. En europa la banda 868 MHz tiene un par de limitaciones. La primera es la potencia de emisión: 25 mW, que no nos preocupa mucho ya que los módulos que utilizaremos no llegan a tanta. Pero la segunda si que es importante y debemos estar al loro para no violar la regulación. | ||
+ | |||
+ | Esta regla simplificadamente lo que dice es que no podemos transmitir más que el 1% del tiempo. Es decir si por ejemplo enviar un paquete nos lleva 100 ms, tendremos que mantenernos calladitos por 900 ms. | ||
+ | |||
+ | Como norma general, no envíes más de una vez cada 3 minutos y cumplirás la reglamentación. Si quieres enviar más a menudo, existen [[https:// | ||
+ | |||
+ | ---- | ||
+ | |||
+ | ===== Vale, pero ¿qué compro para empezar? ===== | ||
+ | |||
+ | Uff, ¡vaya SAV que nos ha entrado! Antes de comprar, para que no te líes te voy a explicar que principalmente hay dos módulos LoRa, también llamados transceivers o modems. | ||
+ | |||
+ | * [[https:// | ||
+ | * [[http:// | ||
+ | |||
+ | Vaya lío no? Aunque veas dos marcas, HopeRF monta chips de Semtech, aunque renombrados, | ||
+ | |||
+ | No te líes intentando saber cual es el que necesitas ya que hay versiones de integrado que sirven para varias frecuencias y se configuran por software. Lo que realmente define la frecuencia para la que sirven son los componentes externos al chip. Busca la frecuencia en la descripción, | ||
+ | |||
+ | Normalmente los integrados vienen en módulo, una pequeña PCB que se puede soldar en otra, pero en algún caso para ahorrar costes, los fabricantes de tarjetas de desarrollo integran directamente el chip en la placa. | ||
+ | |||
+ | Un módulo lo puedes conectar a tu microcontrolador favorito y hacerlo funcionar sólo añadiendo una antena. | ||
+ | |||
+ | ==== Uff, paso de módulos, ¿no hay algo mas sencillo? ==== | ||
+ | |||
+ | Si, no te preocupes. Aunque en el momento de escribir esta guía no hay muchísimas, | ||
+ | |||
+ | * TTGO LoRa32 o Heltec LoRa32: hay varios modelos y versiones, basadas en ESP32, con WiFi integran una pantallita Oled muy maja y pueden alimentarse con una LiPo y cargarla por USB, perfectas para desarrollar y hacer pruebas. | ||
+ | * Shields Arduino Uno: La más fácil de utilizar, pero al necesitar un Arduino Uno, consume demasiado para proyectos IOT. | ||
+ | * Shields para Wemos ESP8266: Muy pocas y difíciles de conseguir, pinchables en ESP8266 que tiene WiFi, busca " | ||
+ | * [[https:// | ||
+ | |||
+ | Ten en cuenta que si quieres hacerte un mini gateway para hacer pruebas, necesitas una tarjeta con LoRa que pueda conectarse a Internet ;-) | ||
+ | |||
+ | Esta guía está centrada en la tarjeta **TTGO LoRa32 V2.0 868 MHz. **Ya que es la que me he comprado para hacer pruebas :-P Puede servir con pequeñas modificaciones si utilizas otra placa basada en ESP32 o como orientación si utilizas otra cualquiera. | ||
+ | |||
+ | AVISO IMPORTANTÍSIMO: | ||
+ | |||
+ | AL NO TENER POR DONDE EVACUAR LA ENERGÍA, SE DAÑARÁ O DEJARÁ DE FUNCIONAR! | ||
+ | |||
+ | ---- | ||
+ | |||
+ | ===== ¡Agarra tu LoRa que empezamos! Comunicación LoRa punto a punto ===== | ||
+ | |||
+ | Si ya tienes tu tarjeta **TTGO LoRa32 V2.0 868 MHz** … ahora te diré que necesitas otra más m( Como primera prueba vamos a utilizar LoRa (SÓLO LoRa!) para comunicar dos dispositivos entre sí. | ||
+ | |||
+ | Primero debemos configurar el entorno de desarrollo. Utilizaré como ejemplo Arduino, pero te recomiendo que pruebes Platformio. | ||
+ | |||
+ | * Instala la última versión de [[https:// | ||
+ | * Instala el [[https:// | ||
+ | * Prueba a programar el siguiente código para ver si parpadea el led verde de la placa y así confirmar que puedes programar el ESP32 sin problema | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | int led = 22; | ||
+ | void setup() { | ||
+ | pinMode(led, | ||
+ | } | ||
+ | void loop() { | ||
+ | digitalWrite(led, | ||
+ | delay(1000); | ||
+ | digitalWrite(led, | ||
+ | delay(1000); | ||
+ | } | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | * Vete al gestor de librerías de Arduino, busca " | ||
+ | * Vete al gestor de librerías de Arduino, busca "ESP32 SSD1306" | ||
+ | |||
+ | Bien, si has llegado aquí y no has muerto en el proceso, ¡enhorabuena, | ||
+ | |||
+ | El código de ejemplo es una modificación de un ejemplo de la librería " | ||
+ | |||
+ | Para probarlo, carga el código tal y como está en uno de tus cacharros, y en el otro, comenta la sección CONFIG 1 y descomenta la CONFIG 2. Esto es muy importante ya que así cada uno tiene su dirección propia y cuando envía, lo hace con destino al otro. Por lo que los dos dispositivos van a enviar y recibir entre los dos. | ||
+ | |||
+ | Te recomiendo que eches una buena ojeada al código para entender como funciona y te animo a que lo modifiques para hacer pruebas, ¡o lo mejores! Pero nunca te olvides de compartir; | ||
+ | |||
+ | Algo importante con lo que te tienes que quedar si tienes una tarjeta **TTGO LoRa32 V2.0 **es con el pineado. ¡A mí me costó conseguirlo! ¡Muchos de los pineados que ofrecen los vendedores están mal! Lo necesitaremos para las siguientes pruebas. Si no te has dado cuenta aún, el pin del led que siempre lleva el ESP32 se utiliza para la pantalla, por lo que si usas la Oled no puedes utilizar el led y viceversa m( | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | #define SX1278_SCK | ||
+ | #define SX1278_MISO 19 // GPIO19 -- SX1278' | ||
+ | #define SX1278_MOSI 27 // GPIO27 -- SX1278' | ||
+ | #define SX1278_CS | ||
+ | #define SX1278_RST | ||
+ | #define SX1278_DI0 | ||
+ | |||
+ | #define OLED_SDA | ||
+ | #define OLED_SCL | ||
+ | #define OLED_RST | ||
+ | |||
+ | #define OLED_ADDR | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | ---- | ||
+ | |||
+ | ===== LoRaWAN ===== | ||
+ | |||
+ | Mientras que LoRa es la tecnología de transmisión, | ||
+ | |||
+ | ==== Gateway ==== | ||
+ | |||
+ | Un gateway LoRa es simplemente un dispositivo que tiene un módulo de transmisión LoRa y que redirige la información entre Internet y los nodos que se comuniquen con él y viceversa. ¡En el caso de TTN un Gateway puede dar servicio a unos 1000 nodos! | ||
+ | |||
+ | ==== Nodo ==== | ||
+ | |||
+ | Un nodo se entiende como un dispositivo que envía o recibe información con un gateway. | ||
+ | |||
+ | ===== TTN (The Things Network) ===== | ||
+ | |||
+ | Esta organización tiene la intención de crear una red distribuida y descentralizada para Internet de las cosas con filosofía open source hardware y software. Con la peculiaridad de que la red la crea la comunidad instalando gateways que dan cobertura y permiten la comunicación de los nodos e Internet. En el momento de escribir esta guía, TTN cuenta con 3507 gateways instalados por todo el mundo y más de 35000 usuarios. | ||
+ | |||
+ | En su github tienen publicado su [[https:// | ||
+ | |||
+ | * Tus datos son tus datos, los datos son cifrados punto a punto. | ||
+ | * Neutralidad de la red, todos los datos se tratan con igualdad. | ||
+ | * Open source, la tecnología desarrollada se hace abierta. | ||
+ | |||
+ | Algo importante que reseñar es que la información de los nodos se transmite a los gateways y estos normalmente la pasan a los servidores de TTN, o viceversa . Y es el usuario el que para acceder a sus datos o nodos debe utilizar una serie de protocolos soportados por TTN, como HTTP o MQTT. | ||
+ | |||
+ | También hay la opción de implementar de manera privada esta red por lo que si se quiere se puede sacar a TTN de la ecuación y tener el control completo. De todas maneras, en todos los casos los datos viajan cifrados y sólo el dueño de los datos puede acceder a ellos. | ||
+ | |||
+ | ==== Muy bonito todo, pero ¿Porqué utilizar TTN si puedo utilizar LoRa punto a punto? ==== | ||
+ | |||
+ | Pues igual no lo necesitas, simplemente quieres comunicarte con un dispositivo y ya está. Igual que existen los Walkie Talkies y los móviles, los dos sistemas tienen sus aplicaciones. | ||
+ | |||
+ | Te cuento las ventajas de utilizar TTN: | ||
+ | |||
+ | * Si donde quieres utilizar LoRa, ya hay un gateway TTN, ¡no necesitas comprar dos módulos LoRa, sólo uno! ¡A mitad de precio oiga! | ||
+ | * En cuanto tus datos están subidos a TTN, puedes acceder desde cualquier sitio (con Internet). | ||
+ | * Si quieres compartir tus datos o unirte a una red existente (por ejemplo de medida de calidad de aire) es muy sencillo. | ||
+ | * La seguridad y cifrado de las comunicaciones es muy buena, no como punto a punto que la tienes que implementar tú. | ||
+ | * Escalar tu sistema añadiendo nodos es muy sencillo y puedes hacerlo hasta que te canses. Con punto a punto debes hacer tú la implementación para gestionar el tráfico. | ||
+ | * Siempre que haya cobertura de gateways TTN puedes tener un nodo móvil que puede subir datos sin preocuparse de reconfigurar nada. | ||
+ | * Pertenecerás a una comunidad en la que puedes aprender y contribuir. Una comunidad que está empujando los límites y trabajando en el futuro del IoT. | ||
+ | |||
+ | ---- | ||
+ | |||
+ | ===== Vale, me has convencido, ¿qué tengo que hacer para utilizar TTN? ===== | ||
+ | |||
+ | Aquí hay que agarrarse que vienen curvas, ya que como todo el sistema es muy seguro y tenemos que interconectar muchos sistemas tenemos muchos sitios donde meter la pata. Y si algo lo hacemos mal, no va a funcionar :-( | ||
+ | |||
+ | Cuando empecé con LoRa, un par de semanas antes de escribir esta guia, me costó mucho hacer funcionar todo. Principalmente porque no tenía nada funcionando y probado, no había ningún gateway en Coruña (ni en Galicia! 8-o ), la tarjeta TTGO era relativamente nueva y no había ninguna guía que recogiera todo el proceso. Leyendo mucho, haciendo muchas pruebas y gracias a un par de pistas que encontré en unas diapositivas [[https:// | ||
+ | |||
+ | Por lo que después de asustarte te voy a tranquilizar, | ||
+ | |||
+ | ¡A arremangarse que empezamos! Estos son los pasos necesarios: | ||
+ | |||
+ | - Hazte un usuario en TTN | ||
+ | - Busca si hay cobertura de un gateway TTN o haztelo | ||
+ | - Si has montado tu gateway conectalo a TTN | ||
+ | - Crea un nodo, configúralo y prográmalo | ||
+ | - Configura la aplicación en TTN | ||
+ | - Accede a tus datos | ||
+ | |||
+ | ==== Hazte un usuario en TTN ==== | ||
+ | |||
+ | Un paso facilito para empezar a calentar, entra [[https:// | ||
+ | |||
+ | ==== Busca si hay cobertura de un gateway TTN o háztelo y conéctalo a TTN ==== | ||
+ | |||
+ | Si tienes suerte, alguien cerca de ti ya habrá instalado un gateway TTN. En la [[https:// | ||
+ | |||
+ | {{https:// | ||
+ | |||
+ | Si tienes un gateway cerca, ya no necesitas más, puedes saltarte al paso de crear el nodo. Aunque es un buen ejercicio crearse un gateway, por aprendizaje y para fortalecer la cobertura de TTN. | ||
+ | |||
+ | ==== Montaje gateway de un canal ==== | ||
+ | |||
+ | Un gateway debería poder servir a nodos en todos los canales y con todos los spreading factors. Si no tienes un gateway cercano, puedes hacerte uno con una Raspberry Pi y unas placas llamadas concentradores. El conjunto puede salir entre los 150 y 200€. | ||
+ | |||
+ | Otra opción es montar un gateway de un solo canal, [[https:// | ||
+ | |||
+ | Empezaremos con una modificación hardware. Pon a calentar el soldador. | ||
+ | |||
+ | En el pinado que te mostraba anteriormente ya encontrábamos un misterioso pin DI0 o DIO0 del transceiver LoRa. Pues resulta que hay dos más, el DIO1 y el DIO2. Estos pines se utilizan como pines de interrupción y son necesarios para la librería LMIC, desarrollada por IBM que vamos a utilizar. La mala noticia es que los amigos de TTGO, aunque conectaron el DIO0, se han olvidado de conectar estos pines a los del ESP32 de nuestra tarjeta. m( Nada que un par de cables y un soldador no puedan arreglar. <font inherit/ | ||
+ | |||
+ | Si vas a conectar como nodo otra tarjeta **TTGO LoRa32 V2.0 868 MHz **puedes aprovechar que tienes el soldador caliente para repetir la operación, ya que para el nodo también lo necesitamos. | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Hardware listo, vamos con el software. Vamos a utilizar el proyecto Open Source: [[https:// | ||
+ | |||
+ | Después de un rato instalando librerías (¡que divertido!), | ||
+ | < | ||
+ | |||
+ | #if 1 | ||
+ | wpas wpa[] = { | ||
+ | { "" | ||
+ | { " | ||
+ | { " | ||
+ | }; | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Es importante no modificar el primer par de llaves, ya que debe quedar vacío, y como verás puedes meter dos o más wifis, si no quieres poner dos, deja el tercer par de llaves como estaba. | ||
+ | |||
+ | Selecciona como placa "ESP32 Dev Module" | ||
+ | |||
+ | Una vez hemos comprobado que todo compila, **<font inherit/ | ||
+ | |||
+ | * Línea 60: cambiar a 0, esto hace que sólo trabaje con un spreading factor SF7 | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | #define _CAD 0 | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | * Línea 112: cambiar a 1, para sólo utilizar el primer canal | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | #define _STRICT_1CH | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | * Línea 129: cambiar el password para configuración por wifiManager. Por ahora no funciona en ESP32, pero por si se arregla, que no tengamos el pass por defecto | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | #define AP_PASSWD " | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | * Línea 193: pon la descripción de tu gateway (Indica que funciona en 868.1MHz y SF7), correo electrónico, | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | #define _DESCRIPTION "My ESP32 Gateway 868.1MHz SF7" | ||
+ | #define _EMAIL " | ||
+ | #define _PLATFORM " | ||
+ | #define _LAT 53.189 | ||
+ | #define _LON 6.557 | ||
+ | #define _ALT 8 | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | * Línea 201: cambia al servidor de hora de tu [[http:// | ||
+ | < | ||
+ | |||
+ | #define NTP_TIMESERVER " | ||
+ | #define NTP_TIMEZONES | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | * Línea 222: cambia los pines del oled SCL a 22 y SDA a 21: | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | # | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Por el pineado no nos tenemos que preocupar, ya que **la configuración de pines de esta versión del programa coincide con nuestra tarjeta**8-) | ||
+ | |||
+ | Ahora compila de nuevo, y si no hay ningún error, sube el programa. Una vez subido, abre el monitor serie de Arduino a 115200, deberías ver algo similar a: | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Si no lo ves, es que te entretuviste viendo como en la pantallita ponia STARTING y te quedaste embobado como yo.^_^ | ||
+ | |||
+ | Fíjate si ha sido capaz de conectarse a tu wifi, si no es así comprueba los datos de tu red en el código o muévete a donde llegue mejor tu wifi. | ||
+ | |||
+ | Copia el **Gateway ID **que te salió por el puerto serie. Este es tu identificador y lo necesitarás para los siguientes pasos. | ||
+ | |||
+ | Ahora puedes buscar en tu red la IP de tu nuevo gateway, y si pones en un navegador su dirección… Voilá! | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | ¡La leche! Una pedazo de web que está generando nuestro ESP32 que nos vendrá genial para monitorizar nuestro gateway y su estado durante pruebas y funcionamiento. No te preocupes si la hora está atrasada o adelantada, no tiene en cuenta los horarios de verano e invierno; | ||
+ | |||
+ | Ok, listo Software!: | ||
+ | |||
+ | **Conectemos ahora nuestro flamante gateway a TTN** | ||
+ | |||
+ | Entra en TTN y loguéate con tu usuario. En el menú de tu usuario tienes un enlace a la [[https:// | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | Dale a register y si has hecho todo bien… | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | YEEEEEY!!! ¡Ya tienes tu gateway correctamente configurado y conectado! ¡Corre a mirar el mapa de gateways de la [[https:// | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ==== Montaje nodo ==== | ||
+ | |||
+ | Ahora vamos a preparar nuestro primer nodo (espero que el primero de muchos:-P ), empezando por el hardware. | ||
+ | |||
+ | ¿Le has hecho los puentes de DIO1 y DIO2 a tu **TTGO Lora32 V2.0** | ||
+ | |||
+ | Continuará… | ||