TEL0116(SX1278) LoRa Radio Module - 433MHz 모듈 테스트

 

안녕하세요.

 

  이전 내용에서 433 MHz 모듈(HC-12) 거리가 생각보다 나오지 않아서 새로운 모듈을 가지고 테스트해보았습니다.

 

아두이노 나노 + HC-12 (433MHz RF 통신) 테스트 4편 – 여러 개 모듈 송수신 송수신 테스트

 

   가격은 HC-12 2개를 한 개로 보아도 3~4배 비쌉니다. 그리고 자료가 많이 없고 부품만 팔고 있어서 정보를 찾기가 쉽지 않았습니다.

  결론적을 먼저 말씀드리면 안테나도 전용 안테나이고 해서 그런지 송수신 거리는 3~4배(400m) 길었습니다. (장난이지만, 가격과 비례하나 싶은 생각입니다. ^^) 그러나 테스트하는 현장이 일반 단층 건물이고 주택과 전파방해가 많다면 거리는 다를 수 있습니다.

  

1. LoRa 개념

  LoRa는 저전력, 광역 통신망(LPWAN) 응용 분야를 대상으로 합니다. LoRa는 15킬로미터 이상의 거리를 지원하며 최대 1백만 노드를 수용합니다. 저전력 및 장거리의 조합은 데이터 전송률을 최대 50킬로 비트/초(Kbps)로 제한합니다.

  LoRa는 Semtech Corporation이 소유하고 특허를 획득한 기술로서 ISM 대역에서 작동합니다. ISM 주파수 할당과 규정 요구 사항은 지역에 따라 다릅니다(그림 1). 가장 대표적인 두 주파수는 유럽에서 사용되는 868 MHz와 북미에서 사용되는 915 MHz입니다 다른 지역, 특히 아시아의 경우 요구 사항이 다릅니다.

- ISM 대역이 광범위하게 사용되는 유럽과 미국의 LoRA 사양 비교

  LoRa 물리층은 확산 스펙트럼 변조(SSM)를 사용합니다(그림 2). SSM은 기본 신호를 더 높은 주파수 시퀀스로 인코딩하므로 기본 신호를 의도적으로 더 넓은 대역폭에 걸쳐 확산시키고, 전력 소비를 줄이며, 전자기 간섭에 대한 내성을 향상합니다.

확산 스펙트럼 시스템은 훨씬 빠른 코드 시퀀스로 입력 데이터를 증대시켜 신호 대역폭을 확산

 - digikey 참고

 

<LoRa 특징>

LoRa 특징

  1. Low Energy 저전력 : 위 그림에 의하면 배터리 하나로 10년 정도, 물론 환경에 다를 것입니다.

 

  2. Long Range 장거리 : 10마일 이상 거리, 대략 16km 이상이라고 합니다. 그러나 이상적인 환경에서가 아닐까 합니다.

 

  3. 다중센서 가능 : 통신을 해주는 단말을 Node라고 표현하는데(센서가 Node가 될 수도 있습니다), Node에 여러 개의 센서를 연결할 수 있습니다. 또한 백만의 노드로 10억의 센서를 연결 가능이라고 합니다.

 

  4. 암호화 (보안, AES128) : LoRa에서는 기본적으로 AES128 보안 기능을 제공합니다. 도청을 불가능하게 만든다고 합니다.  

2. TEL0116 LoRa Radio Module 스펙

  - Operating voltage: 2.1 ~ 3.6V (battery-powered) or 4.5 ~ 5.5V

  - Working frequency band: 433 MHz

  - Modulation: LoRa spread spectrum

  - Output power: ≤ 20 dBm

  - Receiving sensitivity: -148 dBm

  - Emission current: ≤120mA

  - Receiving current: ≤15.2mA

  - Sleep current: ≤ 3.9uA

  - Sleep time: Optional 2S, 4S, 6S, 8S, 10S

  - Breathing time: optional 2ms, 4ms, 8ms, 16ms, 32ms, 64ms

  - Wake-up time: wake up immediately

  - Communication Interface: TTL serial communication

  - Serial baud rate: 1200 ~ 57600,9600 bps (default)

  - Serial port verification: 8E1,8O1,8N1 (optional)

  - Operating temperature: -40 ° C - + 80 ° C

  - Product Size: 34.2 * 18.4 mm /1.35*0.72inches

 

3. 구성품

  - LoRa 모듈 2개 (PCB가 붙어 있음), 433 MHz 안테나 2개(2m SMA-Male Connector)

TEL0116 구성품

  - PC(노트북)에서 테스트하기 위해서 USB to TTL(CP2102) 모듈 2개가 별도로 필요합니다.

   (유사한 기능을 하는 제품을 사용하시면 됩니다.)

 

CP2102 (USB to TTL)

 4. 연결하기

  - 안테나 연결하기

안테나 연결

 

  - 핀 맵과 연결하는 방법

 

  - 실제 모듈과 연결

  (EN핀도 GND가 연결되어야 하기 때문에 GND핀 사이에 다른 점퍼선을 끼워 넣었습니다.)

USB to TTL과 연결

5. Software 설정하기

  - PC에서 모듈을 쉽게 설정할 수 있는 툴을 제공해주고 있습니다. 아니면 MCU에서 설정하려면

데이터 시트에 나온 프로토콜로 값을 변경해주고 수신받아 설정해야 합니다.

  - 프로그램이 조금 오래전에 개발된 것처럼 보입니다. 그러나 Windows10에서 작동했습니다. Uart 포트는 USB to TTL 모듈을 연결했다면 Usart 창에 나타납니다.

 

Close 상태

  - "Open" 버튼을 누르고 "ReadAll"을 눌러서  현재 모듈 상태 값을 읽어옵니다. 그러면 "Successful"이라고 나타납니다. 초기 상태에서 거리 테스트만 할 것이라 값을 변경하지 않고 사용합니다.

ReadAll 후

  기타 설정이 필요하다면 아래의 설명과 데이터 시트를 참조하시면 됩니다.

6. 동작 데스트

  - 테스트할 경우 송수신 모듈 개념이 없이 주파수 대역만 맞다면 서로 데이터를 받는데 문제가 없습니다.

  - 테스트 1대 PC에서 2개를 다 연결하고 시리얼 통신 프로그램 2개를 실행시켜 송수신 테스트를 하였습니다.

  - 자동으로 왼쪽에서 "How are you?" 보내고 오른쪽에서 "Fine"이라고 보내게 했습니다. 서로 받는데 문제는 없었지만, 주기를 너무 빠르게 설정하니 서로 주고받는 것이 되지 않았습니다. (설정 때문인지 변환하는 시간이 필요한 건지 좀 더 확인이 필요할 듯합니다.)

 

1대 PC에서 2대 시리얼통신 테스트

7. 현장 거리 테스트

  - 1대 사무실 PC 1대와 이동할 수 있는 노트북에 연결하고 거리 테스트를 하였습니다.

  - 수신되는 시간이 보려고 받는 시간이 표시되는 다른 시리얼 프로그램을 사용했습니다.

  - 송신 측에서 "hello"를 1초 주기로 보내고 수신 측에서 나타는 것을 확인하는 것으로 하였습니다.

 

실외 수신 테스트

8. 최종 사용후기

  - HC-12 보다 먼 거리에서 수신이 가능했습니다. 정확하지는 않겠지만, 3층 사무실 안에서 시작해서 400m 정도 일반 주택단지까지 수신이 가능했습니다.

  400m 넘어가면 끊어짐 현상이 발생했고, 직선거리는 아니고, 살짝 꺾인 골목이 하나가 있었습니다.

 

  - 가격적인 면이 문제가 되지 않는다면 HC-12보다는 송수신 거리도 길고 해서 좋을 것으로 보입니다. 그러나 제공해주는 안테나가 HC-12에 비해 크기도 하고 해서 개발하고자 할 때는 장비와 어떻게 연결할지 고민을 해보아야 할 것입니다. (안테나 하단은 자석으로 되어 있습니다)

  그리고 TEL0116 RF(SX1278) 칩 자체는 다른 곳에서도 사용되고 있어 크게 문제가 없어 보이나 TEL0116 모듈 자체로는 테스트 자료가 많지 않아 직접 테스트해보고 결과를 만들어야 할 것입니다.

 

감사합니다.

  

 

<참조 사이트>

1. LoRa를 사용하여 저비용, 장거리 IoT 응용 제품을 위한 WAN 개발

https://www.digikey.kr/ko/articles/develop-lora-for-low-rate-long-range-iot-applications

2. Make Lora Node and Lora Gateway by Using DORJI DRF1276DM Module

https://www.instructables.com/Make-Lora-Node-and-Lora-Gateway-by-Using-DORJI-DRF/

3. SKU : TEL0116

https://wiki.dfrobot.com.cn/_SKU_TEL0116_LoRa_Radio_Module-433MHZ

4. TEL0116 LoRa Radio Module - 433 MHz

https://abra-electronics.com/wireless/lora/tel0116-lora-radio-module-433mhz.html

 

- 데이터 시트 및 TEL0116 설정 프로그램 첨부

TEL0116Datasheet_SW.zip

2.07MB