Arduino Praxis Blog

Das Dragino LoRa Shield ist ein Transceiver-Board für Langstreckenanwendungen im 868 MHz-Bereich. In der Praxis wird die Technologie mit dem Begriff LoRa (Long Range) verwenden.

Freundlicherweise hat mir Christoph Schneeberger von der Firma Boxtec ein Testexemplar zur Verfügung gestellt. Vielen Dank dafür.

Das LoRa Shield des chinesischen Hersteller Dragino ist eine Erweiterungsplatine für Arduino. Das Shield hat den Standard-Arduino-Footprint und lässt sich auf den Arduino Uno, Leonardo und Mega aufstecken. Die aktuelle Boardversion ist Version 1.3.

Das Dragino LoRa Shield verwendet den RFM95W-Transceiver von HopeRF der in vielen LoRa-Anwendungen verwendet wird. Dieses Transceivermodul beinhaltet die komplette Sende-und Empfangslogik. Auf dem Shields selbst sind, ausser zwei Buffer-Bausteinen vom Typ 74HC125, keine weiteren Halbleiter notwendig. Die Buffer-Bausteine sind nötig, da der RFM95W nur mit maximal 3.7 V betrieben werden darf. Die interne Logik arbeitet mit 3.3V, die aus der internen 3.3V-Versorgung des Arduino-Board bezogen wird.

Neben dem Transceiver-Baustein ist der Antennen-Anschluss die zweite wichtige Komponente auf dem Shield.

Ab Version 1.2 besitzt das Dragino-Shield einen SMA-Antennenanschluss an welchen direkt eine SMA-Antenne angesteckt werden kann.

Der RFM95W Transceiver wird via SPI-Interface angesteuert. Dazu sind die Signale MOSI, MISO, SCK und SS nötig. Auf dem Dragino Shield werden die SPI-Signale von den Pins D10 bis D13 und über den 6-poligen ICSP-Anschluss auf dem Board geliefert. Mittels den Jumpern  mit der Bezeichnung SV2-SV4 kann zwischen den beiden Signalquellen umgeschaltet werden. In der Standardkonfiguration kommen die SPI-Signale vom ICSP-Stecker, der via Buchse auf der Unterseite mit dem untenliegenden Arduino-Board verbunden ist. Die Konfiguration dieser Jumper ist in der Shield-Dokumentation des Herstellers leider nicht erwähnt. Um diese Information zu bekommen, muss man einen Blick in den Stromlaufplan werfen, der auf der Wiki-Seite des Produkts zur Verfügung steht. Zusätzlich kann der Stromlaufplan, inkl. Boarddaten im Eagle-Format vom Github-Account von Dragino geladen werden.

Neben den SPI-Signalen besitzt der RFM95W digitale Signalleitungen (DIO0 bis DIO5) die auf eine Stifleiste herausgeführt sind. Zusätzlich sind die Signale DIO0, DIO1, DIO2 und DIO5 auf digitale Pins des Arduino-Boards geführt. DIO0 ist fix mit D2 verbunden. Die restlichen Signale können über die Jumper JP1-JP3 auf die Signale D6-D8 geführt werden.

Betrieb des LoRa Shields

Für den Betrieb benötigt man mindestens 2 Module, ein Sender und ein Empfänger. Für beide Module kann jeweils ein LoRa Shield auf ein Arduino Uno gesteckt werden.

In der Praxis verwendet man für den Sender oftmals ein kleineres Board mit einem RFM95W. Für meine eigenen Sensortests habe ich ein eigenes Sensor Board mit einem ATmega328 und einen RFM95W realisiert.

Im Bild ist das Sensor Board als batteriebetriebener Sensor Node in eine Plastik-Box für den Ausseinsatz verpackt.

Software

Für LoRa-Anwendungen mit dem RFM95W und dem LoRa Shield eigenet sich die Radiohead Library. Anwendungen mit LoRaWAN verwenden meist die LMIC-Library.

Ein praktische Beispiel zeigt der Aufbau eines Gateway für das LoRaWAN.

Testversuch

In einem Testversuch mit dem oben erwähnten Sensor Board als Sender, und dem LoRa Shield mit Arduino Uno als Empfänger, konnte ich in der Ortschaft über mehrere 100 Meter Sensordaten senden und empfangen.

Die Versuchsreihe ist noch nicht abgeschlossen. Versuche mit anderen Antennen und unterschiedlicher Positionierung des Empfängers folgen noch.

Fazit

Das LoRa Shield von Dragino ist ein praktisches Shield für Versuche mit der LoRa-Technologie. Mit einem Arduino Mega oder einem Raspberry Pi als Microcontroller-Board kann das LoRa Shield einfach als Single Channel LoRaWAN Gateway für das The Things Network eingesetzt werden.

Das LoRa Shield eigenet sich ideal für stationäre Empfänger oder Gateways. Bei Anwendungen als Sensor Node ist das Shield meist zu gross. Auch ist ein LoRa Shield mit einem Arduino Uno nicht optimal für Batteriebetrieb ausgelegt.

Dank der bereits verfügbaren Software ist der Einstieg in die LoRa-Technik mit dem LoRa Shield recht einfach und kostengünstig.