Progetto di un sistema di comunicazioni Wireless Long-Range con LoRa32 – Parte 2

In questa seconda parte del "Progetto di un sistema di comunicazioni Wireless Long-Range con LoRa32", considerando le notevoli prestazioni e la peculiarità del sistema di comunicazioni LoRa, faremo una dettagliata trattazione della scheda di sviluppo TTGO ESP32-Paxcounter LoRa32.

LA SCHEDA DI SVILUPPO TTGO ESP32-PAXCOUNTER LORA32 OLED T3_V2.1 1.6

TTGO ESP32-Paxcounter LoRa32 è una scheda di sviluppo basata sul modulo LoRa ESP32 PICO-D4 con chip ESP32 integrato. La scheda include un display OLED SSD1306, un connettore per schede SD, un connettore per la ricarica di una batteria LiPo e un connettore SMA per il collegamento di un’antenna SMA esterna, come mostrato in Figura 1. L'OLED integrato nella scheda è un modello SSD1306 da 0,96 pollici di colore blu. Il display OLED non richiede retro-illuminazione. Inoltre, i suoi pixel consumano energia solo quando sono accesi, quindi il display consuma meno energia rispetto ad altri display. Il modello utilizzato in queste schede LoRa32 comunica con l’ESP32 integrato nel modulo ESP32 PICO-D4 utilizzando il protocollo di comunicazione I2C.

 

Figura 1: La scheda TTGO ESP32-Paxcounter OLED

La scheda integra il chip convertitore seriale UART-USB CP2104 utilizzato per il collegamento della scheda LoRa32 al computer. Come illustrato in Figura 2, le schede possono essere alimentate con batteria ricaricabile LiPo e ricaricabili grazie alla funzionalità di carica batterie della scheda TTGO ESP32 Paxcounter T3_V2.1 1.6. LoRa è una tecnologia di comunicazione dati wireless che utilizza una tecnica di modulazione radio che viene generata dal chip ricetrasmettitore LoRa32 integrato in questa scheda. I maggiori vantaggi della tecnica di modulazione radio della tecnologia LoRa rispetto ad altre tecniche di modulazione sono:

• Comunicazione a lungo raggio (è possibile raggiungere facilmente la distanza di 1 km tra le schede in spazio aperto)
• Elevata immunità alle interferenze
• Basso consumo energetico

Con la tecnica della tecnologia LoRa è possibile scambiare piccoli pacchetti di dati, data la ridotta larghezza di banda, con bassi consumi di energia. Ciò è l'ideale per progetti basati sull’Internet of Things. LoRa utilizza frequenze senza licenza disponibili in tutto il mondo. Le bande di frequenze più utilizzate sono:

• 868 MHz per l'Europa
• 915 MHz per il Nord America
• 433 MHz per l'Asia

Poiché queste bande sono prive di licenza, chiunque può usarle liberamente senza costi e senza dover richiedere una licenza. Come vedremo più avanti, nel codice della scheda LoRa32 RX occorre selezionare la banda di frequenza in funzione della nazione in cui si utilizzano le schede LoRa32.

La funzione di Carica Batteria

La scheda TTGO LoRa32 T3_V2.1 1.6 ha la funzionalità di carica di una batteria del tipo LiPo mediante il collegamento USB che fornisce una +5V o applicando una tensione di alimentazione di +5V alla scheda. La massima tensione di carica della batteria al litio è di circa 4,2 V, mentre la tensione della batteria carica è di 3,7 V. In questa scheda è possibile utilizzare qualsiasi batteria a 3,7 V che preveda una tensione di carica di 4,2 V. La batteria si collega alla scheda con un connettore femmina a due pin del tipo JST 2P-1.25, ovvero con passo dei pin di 1,25 mm. Durante l’inserimento del connettore della batteria al connettore della scheda, occorre prestare attenzione alla disposizione dei pin "+" e "-" della batteria riferendosi alla serigrafia riportata sulla scheda in prossimità del connettore, altrimenti si potrebbe danneggiare il chip LoRa. Un LED blu integrato nella scheda segnala lo stato di carica della batteria: quando la batteria è carica, il LED blu è spento, mentre si accende quando entra in funzione il caricamento della batteria.

Il Mini Paxcounter

Integrato nelle schede TTGO ESP32-Paxcounter LoRa32 OLED T3_V2.1 1.6, il Mini Paxcounter è un dispositivo dotato di funzionalità Wi-Fi e Bluetooth, è compatibile con il protocollo LoRaWAN e può essere alimentato a batterie. "Pax" sta per "persone approssimativamente" e deriva dal gergo aeronautico. Attualmente, molte persone hanno uno smartphone con sé e, a meno che siano impostati in modalità aereo, ogni tot secondi lo smartphone monitora la presenza di stazioni Wi-Fi o di dispositivi Bluetooth nei dintorni inviando piccoli pacchetti di dati. Il Mini Paxcounter è in grado di rilevare queste attività e servirsene per fare il conteggio del numero di dispositivi (persone) che emettono segnali a radio frequenza. Per fare ciò, il Mini Paxcounter deve impostare il controller di rete in modalità di monitoraggio cosicché tutti i pacchetti di dati rilevati vengano trasferiti al livello dell'applicazione. A differenza della modalità promiscua, in cui solo i dati provenienti dai dispositivi a cui il client è attualmente connesso vengono inoltrati in una WLAN, tutti i dati di rete che possono essere ricevuti vengono effettivamente considerati in modalità monitor. Il Paxcounter non considera di acquisire i dati dell'utente, che semplicemente ignora, ma solo l'indirizzo di controllo dell'accesso ai media (MAC address). Senza l'uso di telecamere o di altri sistemi, con il Paxcounter è possibile stimare il numero approssimativo di persone presenti in un dato momento e luogo e, oltre a visualizzare questo numero di persone sul display OLED della scheda LoRa32, può anche rendere disponibile questa informazione tramite TTN (The Things Network). In Figura 2 è mostrata la visualizzazione su OLED della funzionalità Paxcounter. Se vi interessa approfondire l’argomento andate al sito https://github.com/cyberman54/ESP32-Paxcounter (in tedesco).

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