ESP32 LoRa for dummys - Baliza (Beacon)

En esta entrada vamos a ver las posibilidades de crear una baliza o "beacon"  usando una placa de desarrollo ESP32-LoRa.

Una baliza puede usarse para:
  • Monitorizar las condiciones de propagación  
  • Hacer seguimiento o tracker (puede transmitirse las coordenadas obtenidas por GNSS si dispone de este chip la placa)
  • Transmitir valores de telemetría o meteorológicos si se dota a la placa de desarrollo de los dispositivos adecuados
  • Jugar a la caza del zorro ocultándola con el fin de que sea radiolocalizada y encontrada por los participantes
  • ...

De los proyectos que se han localizado (ninguno de ellos está mantenido) en uno se configura por programa y en el otro via serie, se ha seleccionado MORSE BEACON.

PASOS
  • Clonar la librería del proyecto, para ello entrar en el terminal y situaros en el directorio donde queremos que se cree la copia (p.e. arduino) y ejecutar git clone https://github.com/sergev/morse-beacon.git 
  • Entrar en Arduino IDE
  • Comprobar que está instalado Arduino GFX y actualizar o instalar según el caso.
  • Entrar en la opción de HERRAMIENTAS y seleccionar:
    • la placa de desarrollo ( p.e. ESP32-PICO-D4 revision v1.1 )
    • la conexión serie (p.e. wchusbserie). Si esta no aparce cambie de cable USB
  • Hacer una copia de seguridad del modulo que vamos a modificar morse-beacon.ino => morse-beacon.bak pero guardela en otro dicrectorio de lo contrario le dará l siguiente error "error: redefinition of 'const uint8_t Fixed8x16Bitmaps []'"
  • Borrar la memoria de la placa (Si hay algo de valor hacer backup previamente)
    • python3 esptool.py  --port /dev/cu.wchusbserialXXXXXXXXXXXX erase_flash
  • Cargar y modificar el módulo morse-beacon.ino
    • El código es compatible con
      • TTGO Lora32 board 
      • Heltec Lora32 board
    • Algunos parámetros modificables
      • #define FREQ_HZ     433575000   // 433.575 MHz
      • #define TX_DBM      17 // 50 mW
      • #define WPM         12
      • send_message("KK6ABQ/B QRPP 50 mW FOX HUNT");
    • Este módulo llama a los siguientes (En negrita los del proyecto)
      • #include <SPI.h>
      • #include <Wire.h> Es necesario para comuicar ESP32 por I2C con pantalla OLED
      • #include <Adafruit_GFX.h>
      • #include "Adafruit_SSD1306.h"
      • #include "Fixed8x16.h"
      • #include "LoRa.h"
  • Compilar ( V Verificar)
"El Sketch usa 321457 bytes (24%) del espacio de almacenamiento de programa. El máximo es 1310720 bytes. Las variables Globales usan 19440 bytes (5%) de la memoria dinámica, dejando 308240 bytes para las variables locales. El máximo es 327680 bytes."

  • Cargar (->)
    • Actualizando ...
esptool.py v4.6
Serial port /dev/cu.wchusbserial58870212941
Connecting....
Chip is ESP32-D0WDQ6-V3 (revision v3.1)
Features: WiFi, BT, Dual Core, 240MHz, VRef calibration in efuse, Coding Scheme None
Crystal is 40MHz
MAC: 2c:bc:bb:83:40:0c
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 921600
Changed.
Configuring flash size...
Flash will be erased from 0x00001000 to 0x00007fff...
Flash will be erased from 0x00008000 to 0x00008fff...
Flash will be erased from 0x0000e000 to 0x0000ffff...
Flash will be erased from 0x00010000 to 0x0005efff...
Compressed 24896 bytes to 16262...
Writing at 0x00001000... (100 %)
Wrote 24896 bytes (16262 compressed) at 0x00001000 in 0.6 seconds (effective 314.6 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 3072 bytes to 146...
Writing at 0x00008000... (100 %)
Wrote 3072 bytes (146 compressed) at 0x00008000 in 0.1 seconds (effective 391.0 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 8192 bytes to 47...
Writing at 0x0000e000... (100 %)
Wrote 8192 bytes (47 compressed) at 0x0000e000 in 0.1 seconds (effective 518.3 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 322192 bytes to 181353...
Writing at 0x00010000... (8 %)
Writing at 0x0001acfd... (16 %)
Writing at 0x000280a1... (25 %)
Writing at 0x0002d79d... (33 %)
Writing at 0x00032f2f... (41 %)
Writing at 0x000385b5... (50 %)
Writing at 0x0003dad7... (58 %)
Writing at 0x00043068... (66 %)
Writing at 0x00048386... (75 %)
Writing at 0x0004e7bb... (83 %)
Writing at 0x00058c64... (91 %)
Writing at 0x0005e390... (100 %)
Wrote 322192 bytes (181353 compressed) at 0x00010000 in 3.5 seconds (effective 746.8 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...
Hard resetting via RTS pin...
  • Reset 
  • En funcionamiento led rojo fijo y azul parpadea
Las primeras pruebas no mostraron nada en la pantalla y tampoco se recibió nada. 

Hay que redefinir los pines para la placa en cuestión (LiLYGO 433/470 MHz Model: LORA 32 T3_V1.6.1 que monta el ESP32-PICO-D4 y el SX1278 y CH9102) de la siguiente manera para que funcione:

// ESP32 433 LORA32 V2.1_1.6
// LED
#define LED 25
// LORA
#define LORA_SCK 5 // IO5 -- SCLK
#define LORA_MISO 19 // IO19 -- MISO
#define LORA_MOSI 27 // IO27 -- MOSI
#define LORA_SS 18 // IO18 -- CS
#define LORA_RST 23 // IO12 -- RST RESET for V2.1 (use IO14 for V2.0)
#define LORA_DI0 26 // IO26 -- DIO Interrupt Request
// OLED
#define OLED_RST NOT_A_PIN // IO16 -- RESET
#define OLED_SDA 21 // IO21 -- SDA for TTGO Lora32 board
#define OLED_SCL 22 // IO22 -- SCL

Por eso es importante cuando adquiera una placa de desarrollo ESP32 que compruebe que está disponible su definición de PINES que es básica apra que un programa pueda adaptarse a una placa en concreto.



Para monitorizarlo hay que demodular en AM por lo que un SDR es ideal y un walkie vHF/UHF presenta una recepción mediocre al demodular en FM .

Funcionamiento 

El programa emite el mensaje en CW a la velocidad especificada, de forma continua, con la potencia y  en la frecuencia parametrizada. Simultaneamente lo muestra en la pantalla OLED.
 
Espectro de la señal modulada en CW con LoRa  monitorizada con SDR++



El lenguaje de programación de Arduino

Los archivo del lenguaje de programación de Arduino con el que se escriben los bocetos (Sketch) llevan la extensión .INO 

Este lenguaje de programación  está basado en Wiring; y es similar a C/C++. 

Para aprender mas sobre este lenguaje consulte los tutoriales

Algunas pistas

// comentario
/* abre comentario de varias lineas
*/  cierra comentario de varias líneas
; terminación de una instrucción
void setup () {} Función que se ejecuta una vez
void loop () {}  Función que se ejecuta en bucle o de forma continua

Modificaciones al programa

Una vez que consiga que funcione, haga una copia de seguridad y  seguro que le vienen muchas posibles modificaciones.

¿Funcionará en 866 MHZ? 

Sí , basta con modificar la frecuencia, compilar para la placa ESP32 que tengamos (LILYGO ® TTGO LoRa32 V2.1_1.6 versión 433/868/915Mhz ESP32 LoRa OLED 0,96 pulgadas tarjeta SD Bluetooth WIFI módulo inalámbrico ESP-32 SMA SX1276), en nuestro caso  ESP32 Dev Module y cargar

// EU863 863-870 MHz
#define FREQ_HZ 866500000 // 866.500 MHz

 ¿Funcionará en 144 MHZ? 

En principio con una tarjeta LILYGO ® TTGO LoRa32 V2.1_1.6 versión 433 debe poder trabajar en 144 MHZ.

Modificado el programa funciona sin problemas 

¿Cuál es la potencia máxima? ¿Se puede modificar?

Según la especificación es de 20 dBm que corresponde a 100 mW
Sí, se puede modificar hasta el maximo o disminuirlo.  
Recuerde que +3dB es duplicar la potencia y -3dB es la mitad

#define TX_DBM 20

La cobertura pracica en ciudad con 20 dbm es de unos 800m (Se puede sintonixzar y demodular sin problemas con un walkie talkie de FM) 

¿Cual es la longitud máxima del mensaje?

Indefinida pero en la pantalla solamente caben 64 caracteres por lo que habría que implementar un contador para que cuando llegue a este valor la borre o cualquier otra solucion.

Una solución rapida es incluir tantas lineas de mensajes de 84 con su borrado y reubicación del cursor, como se desse 

send_message(" ");
display.clearDisplay();
display.setCursor(0, Fixed8x16.yAdvance); 

¿Se pueden generar caracteres de forma aleatoria para practicar?

Sí

Hay que definir la semilla para la generación aleatoria y la lista de caracteres

randomSeed(analogRead(0)); // Semilla aleatoria 
const char alphabet[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789.,;:/?=";
const int alphabetLength = sizeof(alphabet) - 1; // -1 para evitar el carácter nulo 

Y sustituir el codigo de envio de un mensaje por 

int randomIndex = random(0, alphabetLength);char randomLetter[2]; // Arreglo para almacenar la letra y el terminador nulrandomLetter[0] = alphabet[randomIndex];   
randomLetter[1] = '\0'; // Terminador nulo 
send_message(randomLetter);  

Para grupos de 5 caracteres una modificación sencilla es esta
   
int randomIndex1 = random(0, alphabetLength); 
int randomIndex2 = random(0, alphabetLength); 
int randomIndex3 = random(0, alphabetLength); 
int randomIndex4 = random(0, alphabetLength); 
int randomIndex5 = random(0, alphabetLength); 
char randomLetter[6]; 
randomLetter[0] = alphabet[randomIndex1];
randomLetter[1] = alphabet[randomIndex2];
randomLetter[2] = alphabet[randomIndex3];
randomLetter[3] = alphabet[randomIndex4];
randomLetter[4] = alphabet[randomIndex5];
randomLetter[5] = '\0'; 
send_message(randomLetter); 
delay(1000); 

Otras ideas de mejora que requieren algo de programación

  • Emisión con saltos de frecuencia para cazas del zorro con handicap
  • Emisión de una señal de tiempo ( para placas con GPS) 
  • Emisión de las coordenadas ( para placas con GPS) 
  • Emisión de jinggle jugando con el tono
  • ...


Referencias
Prohibida la reproducción parcial o total de este artículo sin permiso previo del autor

Comentarios

Publicar un comentario

Entradas populares de este blog

SDR - Software Defined Radio - IIIb: Receptores RSP o MSI (MSI3001: MSI2500 + MSI001)

Imagen
Los receptores SDR del tipo RSP (por la denominación de los modelos originales) o MSI  por el empleo de los circuitos integrados MSI2500 (procesador de señal) y MSI001 (sintonizador) son menos populares que los basados en los receptores RTL-SDR (RD828D/R860/R820T2 y RTL2832U) . Sin embargo presentan varias características que los hacen muy atractivos: Trabajan a partir de los  1-10 kHz de forma nativa, los RTL-SDR lo hacen a partir de los 300 - 500 kHz y además hasta los 20-30 MHz de forma directa (canal Q). En algunos modelos disponen de entradas diferenciadas de RF según la banda de frecuencia a sintonizar (1, 2, 3 ó 5) con conmutación interna automatica o externa manual. Disponen de un ancho de banda de IF de hasta 10 MHz (Los RTL-SDR hasta los 2,4 MHz) Digitaliza las señales con hasta 14b  (Los RTL-SDR hasta 12b) Por contra presentan dos inconvenientes: Menor software disponible (SDRuno / SDRConnect y SDRAngel) Mayor precio de los modelos originales  MSI (SDRPla...
Leer más

Antena exterior logarítmica UHF/VHF : Metronic 425010 - Ia Características

Imagen
  Caracteristicas teóricas Marca: Metronic  Modelo: 425010  Tipo: LPDA -  Array de Dipolos Logaritmicos Periódicos Numero de elementos: 32 MateriaL: acero Largo: 1.160 mm Elemento mas largo: 435 mm => 172,413 MHz Elemento más corto: 65 mm => 1.153 MHz Peso 0.8 kg Ancho de banda:  170-860 MHz 170-230 MHz 470-862 MHz  Ganancia  UHF 9/10dB VHF 8dB Disponible en mano a mano por 25 €  y en  Amazon por 25€ Especificaciones Descripción En las antenas LPDA hay un elemento activo y por delante del mismo todos lo están y por detrás del mismo hay uno o dos pero en menor medida. Como en todas las antenas logaritmo periódicas en el extremo de los radiadores mas cortos (punta) se une uno de los soportes con la malla del coaxial y el otro con el vivo, y en el extremo trasero se unen ambos soporte. Detalle del extremo de los radiadores. Se tratan de varillas de 4mm de acero tratado ¿? con la  arandela de resorte que se traba con una muesca del rad...
Leer más

ESP32 LoRa for dummys - Inicio

Imagen
Un ESP32 - LoRa no es un electrodoméstico que se enchufa y funciona, al contrario es un dispositivo que para que funcione se tiene que configurar y programar,  a través de ordenador y un software específico como un IDE (entorno integrado de desarrollo). Pero en elloe stá la gracia, pues resolviendo los problemas que se vayan planteando a lo largo de este proceso aprenderá de hardware, de software, de progrmación, ..., que es lo que en el fondo pretende esta guía, aprender de forma divertida.  1- ADQUIRIR EL HARDWARE     Lo primero que se necesita es comprar una placa de desarrollo ESP32-LoRa.      Una placa de desarrollo contienen además del microprocesador ESP32 diversos elementos que permiten que trabaje de forma autónoma, lo cual le evita muchos quebraderos de cabeza. Al procesador (ESP32) y a los de protocolos de comunicación que suele llevar la placa por defecto (USB-SERIE, BLUETOOTH y Wi-Fi) le añadimos LoRa) aunque también hay la opción de incor...
Leer más