Hi-Tech
Aurel ha introdotto
il modulo XTR-8LR100
per comunicazioni
Long Range; eccovi
una demoboard da
connettere al PC via USB
per imparare a utilizzarlo.
LoRa SSM DEMOBOARD
di BORIS LANDONI
L
a tecnologia di comunicazione LoRa (Long
Range) è una delle principali soluzioni messe
in campo per la realizzazione di reti dati wireless e
per l’attuazione dell’IoT, in virtù del fatto che consente, mantenendo basse le potenze dei trasmettitori radio e perciò i consumi di elettricità, di coprire
distanze relativamente grandi quali quelle richieste
dalla connessione di dispositivi mobili ed elettronica indossabile a hot-spot che li affaccino poi sul
web. Di questo abbiamo parlato in un articolo nel
fascicolo n° 191, introducendo la tecnologia LoRa
della Semtech e promettendo di presentare a breve
delle applicazioni pratiche con moduli del genere.
Utilizzando i chip della Semtech, l’italiana Aurel, da
sempre impegnata nello sviluppo di soluzioni wireless, ha messo da poco a catalogo dei moduli creati
per implementare comunicazioni dati via radio con
le tecnologie LoRa. Con essi abbiamo realizzato una
scheda demo, collegabile ad un Personal Computer tramite la porta USB, che permette di saggiare
-nello specifico- le qualità e funzionalità del modulo
ricetrasmittente XTR-8LR100; realizzando due schede demo e collegandone ognuna ad un proprio PC,
è possibile implementare collegamenti a distanza
per testare varie applicazioni prima di arrivare a
produrre i relativi circuiti stand-alone.
Elettronica In ~ Aprile 2015
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Il modulo Aurel
XTR-8LR100
Prima di vedere l’hardware
impiegato, spendiamo qualche
paragrafo per spiegare in cosa
consiste e come si implementa la
tecnologia di comunicazione a
lungo raggio; iniziamo dicendo
che a parità di potenza trasmessa,
il sistema che permette di coprire
distanze maggiori è quello che
dispone del ricevitore più sensibile. La sensibilità di un ricevitore dipende da molti fattori, tra i
quali il rumore elettrico e termico intrinseco dei componenti
impiegati nel front-end (lo stadio
d’antenna) e nell’eventuale
miscelatore, ma anche la capacità
di distinguere il segnale ricevuto
dal rumore elettrico di fondo
dovuto all’ambiente in cui si propagano le onde radio. Il rumore
intrinseco dello stadio ricevente
può essere abbassato (fino a un
certo punto) giocando su particolari tecnologie costruttive dei
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Aprile 2015 ~ Elettronica In
La demoboard qui proposta nasce per testare
applicazioni basate sul
ricetrasmettitore dati XTR8LR100, nel quale è implementata la tecnologia
Long Range attraverso l’integrato SX1276 Semtech.
Tra le caratteristiche del
modulo, che opera in
banda ISM tra 868 e 869
MHz, troviamo:
- modalità di trasmissione
diretta o radiomodem;
- gestione store and
forward di segnali
RS-232;
- nessuna codifica o
preambolo richiesti per i
dati trasmessi;
- programmazione dei
registri interni tramite
comandi AT;
-HyperTerminal
compatibile;
- fino a 7 canali RF
disponibili;
- UART impostabile a
9.600, 19.200,
115.200 bps;
transistor usati nello stadio d’antenna e nell’eventuale mixer, beneficiando così di un incremento
del rapporto segnale/rumore: infatti, ammettendo di mantenere
distanza e potenza del trasmettitore, il segnale arriva con un’ampiezza costante, ma riducendo il
rumore si eleva il rapporto S/N.
Risolto il problema del rumore
introdotto dal ricevitore, bisogna
fare i conti con quello dell’etere,
perché quando il segnale ricevuto è debole diventa comparabile
con esso e, ammettendo di non
sommare (anche se in teoria non
è possibile) rumore nel ricevitore,
all’uscita del demodulatore ci
si trova un segnale poco comprensibile. Qui entra in gioco un
algoritmo capace di separare il
rumore dal debole segnale, giocando su varie soluzioni, tuttavia le due principali tecnologie
adottate sono la Spread Spectrum
- potenza massima in trasmissione di 100 mW;
- sensibilità in ricezione
da -118 a -144 dBm;
- tensione di alimentazione di 3,3V;
- copertura media
in assenza di ostacoli:
6.000 m;
- temperatura di funzionamento tra -20 e +70°C;
- tensione in ingresso
compresa tra -1V e Vcc
+0,3V;
- tensione in uscita compresa tra -1 V e Vcc +
0,3V;
- dimensioni di
37x18x2 mm.
Tra le applicazioni di
questo modulo, sistemi
per agricoltura e controllo irrigazione, monitor
di stato e sicurezza per
installazioni fotovoltaiche,
controlli industriali, SCADA, teleallarme, monitoraggio di strumentazione e
in generale dispositivi IoT.
(utilizzata nei dispositivi Lo-Ra
di Semtech e nel LoRa Aurel) e
quella Ultra Narrow Band (UNB)
utilizzata da SigFox. Nel caso
dell’UNB, il principale problema
da risolvere risiede nella stabilità di frequenza dell’apparato,
mentre lo svantaggio è la banda
passante particolarmente bassa
(nel caso della tecnologia SigFox i
dati vengono trasmessi a 100 bit/
secondo). Tuttavia, nel caso di
applicazioni IoT, i messaggi sono
molto brevi per cui, anche con
questa velocità, possono essere
inviati in un paio di secondi.
L’altro grande vantaggio risiede
nella possibilità di gestire da
parte di un singolo ricevitore un
numero incredibilmente alto di
trasmettitori.
La tecnologia LoRa consiste
invece nell’implementare, in
trasmissione, una modulazione
a spettro distribuito, molto più
ampio di quello della tipica interferenza del rumore; in tal modo
il segnale può essere facilmente
ricostruito. È così che lavora il
modulo Aurel.
IL MODULO LONG RANGE
Detto ciò, andiamo a dare uno
sguardo al cuore del nostro progetto, che è il modulo ricetrasmittente reso disponibile dall’Aurel.
L’XTR-8LR100 è un ricetrasmettitore half-duplex per
comunicazioni a lunga distanza
che implementa una tecnica di
modulazione brevettata “LoRa
SSM”, in grado di garantire caratteristiche di elevata immunità
alle interferenze, ridotti consumi
energetici ed elevata sensibilità.
Rispetto alle tecniche classiche
di modulazione, l’XTR-8LR100
migliora la sensibilità del ricevitore fino a 20 dB, garantendo
elevate distanze con potenze in
trasmissione e consumi ridotti,
semplicità del circuito di alimentazione e possibilità di utilizzare
batterie commerciali di bassa
capacità e ridotte dimensioni.
Operante nella banda europea
869,4÷869,65MHz (100 mW, ver.
8LR100) e, in una futura versione,
di 868÷868,6MHz (potenza in
trasmissione di 25mW), prevede
canalizzazioni scalabili in funzione della larghezza di banda.
Il modulo Aurel XTR-8LR100 è
un radiomodem con interfaccia
utente UART utilizzata per il trasferimento dei dati (il protocollo
prevede una lunghezza massima
di 255 byte), l’indirizzamento
dei pacchetti per comunicazioni punto/multipunto e per la
funzionalità di Command Mode
che consente le impostazioni dei
principali parametri radio, offrendo all’utente la flessibilità che
occorre a rispondere a molteplici
applicazioni sul campo.
Il modulo si alimenta ad appena
3,3V e presenta un assorbimento di 17 mA in ricezione, e 115
mA in trasmissione a 20 dBm di
potenza RF: è quindi adatto ad
applicazioni mobile alimentate
a batterie. Per impieghi dove il
consumo sia il fattore primario,
Aurel rende disponibile una versione con potenza in trasmissione
ridotta a 15 dBm, il cui assorbimento in trasmissione scende ad
appena 35 mA.
Il modulo RTX è in SMD a 34
contatti dorati laterali, delle dimensioni di 37x18x2,2 mm.
LA MODULAZIONE SSM
Vediamo adesso come funziona
la modulazione adottata dall’Aurel per l’XTR-8LR100. Il modulatore e demodulatore RF utilizza
la tecnica radio spread spectrum
da 128 a 4.096 Chip/Symbol,
impostabile in funzione della
sensibilità RF e del tempo di volo
Tabella 1
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