Was ist LoRa?

LoRa steht für Long Range und ist eine proprietäre Chirp Spread Spectrum Modulationstechnik, mit der sich deutlich höhere Reichweiten als mit klassischen Modulationsverfahren erreichen lassen. Bei gleicher Sendeleistung und im gleichen Frequenzbereich lassen sich damit Reichweiten im km-Bereich realisieren, wo mit klassischen Modulationsverfahren nur ca. 100m erreicht werden. Der Kompromiss ist dabei allerdings eine deutlich reduzierte Übertragungsgeschwindigkeit gegenüber den klassischen Modulationsverfahren. Dieser kann über den sogenannten Spreizfaktor je nach Situation eingestellt werden - mit dem höchsten Spreizfaktor (SF12) kann die größte Reichweite erziehlt werden, allerdings liegt die Datenrate dann auch nur noch bei ca. 300 bit/s.

Wie nutze ich das?

Für LoRa gibt es einerseits relativ kleine Funkmodule, die man unter den Namen RFM95 oder nach dem typischerweise verwendeten Chip SX1276 (868MHz) bzw. SX1278 (433MHz) oder andererseits gleich als Kombo mit ESP32 und Display kaufen kann. Es gibt sie in einschlägigen Shops und auch aus China (aus der "Bucht") relativ günstig (ab 6 EUR/Stk). Die RFM95 werden mit einem Stückchen Draht als Antenne versehen und über SPI an einen von Arduino unterstütztes Mikrocontrollerboard angeschlossen. Da das Modul nur mit 3.3V Pegeln arbeitet, empfiehlt es sich auch ein mit 3.3V arbeitendes Mikrocontrollerboard einzusetzen.

• 

  RFM95 LoRa Modul - hier für 868 MHz mit Antenne

• 

  Ra-01 Ai-Thinker LoRa Modul - hier für 433 MHz mit Antennen in unterschiedlichen Bauformen

• 

  ESP32 mit OLED und LoRa und Antenne für 868 MHz

Heltec Wifi LoRa 32 - ESP32 mit OLED und LoRa

Arduino

Um dieses sehr interessante Modul via Arduino nutzen zu können, reichte bei mir die Standard-ESP32-Arduino Bibliothek, die man wie dort beschrieben installiert. Aus der recht großen Liste der Arduino Boards konnte ich gleich "Heltec_WIFI_LoRa_32" wählen und damit das Modul programmieren. Es gibt auch ein Dokument mit dem Heltec ESP32 Pinout.

Display

Verbaut ist ein OLED Display vom Typ SSD1306, es ist ein 128x64 Monochrom Display. In Verbindung mit dem ESP32 gibt es hierzu mehrere Bibliotheken um es zu nutzen:

• U8x8 und U8g2 - Nur für Monochrome Displays, optimiert auf geringen Ressourcenverbrauch
  • U8x8: Minimalistische Version ohne Display-Puffer im uC, nur Textausgabe mit einem 8x8 Monospace Font
  • U8g2: Erweiterte Version, enthält Fonts in vielen Größen, auch besonders kleine Fonts.
  • Den folgenden Konstruktor funktioniert bei mir:

    U8X8_SSD1306_128X64_NONAME_SW_I2C u8x8(/* clock=*/ 15, /* data=*/ 4, /* reset=*/ 16);

Anschlussbelegung:

• Pin 4 = SDA
• Pin 15 = SCL
• Pin 16 = RST (muss bei Start kurz auf Low, dann auf High gesetzt werden)

Was ist LoRaWAN?

LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network. Basierend auf der LoRa Modulation wird hier ein Netzwerk aufgebaut, dass wegen der hohen Reichweite mit relativ wenig Gateways recht große Flächen abdecken kann.