WYJŚĆ POZA HORYZON Z LoRa RF1276: 12 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Znalazłem nadajnik-odbiornik RF1276 do dostarczenia

najbardziej wyjątkowa wydajność pod względem zasięgu i jakości sygnału. Podczas mojego pierwszego lotu udało mi się osiągnąć odległość 56 km przy poziomie sygnału -70 dB z małymi antenami ćwierćfalowymi.

Krok 1: BOM (zestawienie materiałów)

1.

ARDUINO PRO Mini

2. Moduł GPS Ublox NEO-6M

3. Czujnik ciśnienia barometrycznego BMP-085

4. Adapter kart SD

5. 3 watowa dioda LED

6. Baterie 2x18650 2600 mAh;

7. Przetwornica napięcia DC-DC buck

8. 2x nadajniki nadawczo-odbiorcze RF1276 ze strony appconwireless.com

Krok 2: POŁĄCZENIE SPRZĘTOWE

- czujnik BMP085 jest podłączony do A4 (SDA) i A5 (SCL)

- Karta SD jest podłączona do 10(SS), 11(MISO), 12(MOSI), 13(SCK)

- GPS jest podłączony do 6(TX), 7(RX) – programowy serial

- RF1276 jest podłączony do TX->RX, RX->TX – sprzętowy szeregowy

- Monitor napięcia akumulatora jest podłączony do A0 przez dzielnik napięcia

- Sterowanie LED ON/OFF odbywa się poprzez N-FET (IRLZ44N), który jest podłączony do pinu 9 za pomocą rezystora pull-down.

- Pin 8 jest podłączony do RST (do zdalnego resetu mikrokontrolera)

- Bateria jest podłączona do konwertera DC/DC buck, który jest regulowany dla wyjścia 5V

Krok 3: ANTENY

Znalazłem antenę dipolową na

Najlepsze wyniki daje antena z końcówką nadawczą i biczową po stronie odbiorczej

Krok 4: Konfiguracja RADIA

Aby osiągnąć maksymalny zasięg, trzeba

zrozumieć podstawową fizykę stojącą za komunikacją radiową.

- Zwiększenie przepustowości zmniejsza czułość (i odwrotnie)

-Zwiększenie wzmocnienia anteny zmniejsza wymaganą moc nadawania

- Linia wzroku jest koniecznością

W oparciu o powyższe zasady wybrałem następujące parametry dla narzędzia RF:

- SF: 2048

- BW: 125kHz

- Moc TX: 7 (maks.)

- Prędkość UART: 9600bps

Powyższe ustawienia dadzą tylko 293bps, ale umożliwią czułość odbioru -135dB. Oznacza to, że możesz przesyłać małe pakiety (tj. szerokość lub długość geograficzną) około. co 2 sekundy. Jeśli chcesz też zdalnie sterować elektroniką, musisz zostawić np. 1 sekundę na odsłuchiwanie poleceń naziemnych. Dzięki temu dane mogą być przesyłane co 3 sekundy.

Krok 5: KONFIGURACJA MODUŁU

Oprogramowanie układowe wymaga zarówno modułu GPS

i RF1276 do skonfigurowania dla UART 9600bps. Konfigurację GPS można wykonać za pomocą oprogramowania u-blox U-Center.

Widok->Wiadomości->UBX->CFG->PRT->Szybkość transmisji->9600. Następnie, Odbiornik->Akcja->Zapisz konfigurację.

Konfigurację RF1276 można wykonać za pomocą narzędzia RF1276.

Krok 6: OPROGRAMOWANIE

Oprogramowanie układowe:

- Monitoruj ciśnienie atmosferyczne i temperaturę

- Monitoruj napięcie akumulatora

- Przechwytywanie różnych wartości GPS

- Rejestruj wszystkie dane na karcie SD

- Prześlij wszystkie dane

Oprogramowanie sprzętowe umożliwia następujące opcje zdalnego sterowania:

- zresetuj moduł

- włącz/wyłącz diodę LED

- aktualizacja wewnętrznego licznika po odebraniu pakietu ping z ziemi

Zarówno czytnik kart SD, jak i czujnik ciśnienia BMP są zaprogramowane do pracy odpornej na awarie. Awaria jednego z nich nie spowoduje awarii modułu.

Krok 7: USTAWIENIA LOTU

Podłączyłem ładunek do balonu.

Masa ładunku nieznacznie przekracza 300g. Balon jest cięższy – ok. 1 kg. Napełniłem go 2 metrami sześciennymi helu, dając w ten sposób 700 g swobodnego podnoszenia. Napompowałem go, by pękł na 1,5 km (85% objętości).

Krok 8: WYNIKI

Balon osiągnął wysokość 4,6 km i

odległość 56km. Podróżował z prędkością 40 km/h nad wielkim miastem i wylądował gdzieś na bagnach. Pękł dopiero na 4,6 km, więc jego wytrzymałość na rozciąganie była 3 razy lepsza niż początkowo szacowałem.

Nie odzyskałem ładunku, ponieważ nie mogłem prowadzić i skupić się wyłącznie na monitorowaniu telemetrii w czasie rzeczywistym.

Ostatnie pakiety złapałem, gdy balon był ok. godz. Wysokość 1km. Wtedy wyszedł poza horyzont.

Krok 9: DANE LOTU

Zebrałem znacznie więcej parametrów, ale

te dodatkowe to głównie GPS. Zrekonstruowany tor lotu przedstawiono na powyższym obrazku, a oto dane z wewnętrznego czujnika.

Krok 10: WNIOSKI

RF1276 jest zdecydowanie wyjątkowy

nadajnik-odbiornik. Nie testowałem nic lepszego niż ten. Latając nad wielkim miastem (stan wysokiego poziomu zakłóceń) w silnym wietrze i niestabilnej pozycji anteny, był w stanie dostarczyć poziom sygnału -70dB na odległość 56km, będąc 1km nad ziemią, pozostawiając w ten sposób budżet łącza -65dB! (jego skonfigurowany limit czułości wynosił -135dB). Gdybym tylko nie zniknął za horyzontem (albo gdybym był wyżej – np. na jakimś wzgórzu lub wieży telekomunikacyjnej) mógłbym uchwycić miejsce jego lądowania. Albo, alternatywnie, gdyby balon nie pękł, mógłbym dotrzeć dwa razy lub trzykrotnie!