ESP32 LoRa for dummys - Walkie Tappie (Wireless Morse Code)

Walkie Tappie es un proyecto original de Alex Chang (2020) que permite crear un walkie talkie que trabaja con código morse usando placas ESP32 LoRa y la interface RH (Radio Head).

Limitaciones

Según la documentación de la interface RH_RF95.h (https://github.com/PaulStoffregen/RadioHead/blob/master/RH_RF95.h)la longitud máxima del mensaje es de 251 octetos uint8_t, pero el programa  usa int 16 para almacenar las matrices (de esta manera se pueden obtener más de 255 ms de tiempo), lo que significa que se obtienen 124 números para enviar los mensajes. De los 124, la mitad se usa para comunicar el tiempo de inactividad y la otra mitad es el tiempo de mantener presionado el pulsador o llave Morse, es decir, se necesitan 2 números por pitido, por lo tanto, se pueden  enviar un máximo de 62 pitidos por mensaje (La palabra estandar en Morse es "PARIS" que supodrían unos 28 números, lo que nos da unas dos palabras). En la práctica son unos 15s de transmisión y menos de 10 letras o caracteres.

Se realiza la transmisión tras 5s de espera sin manipular, emitiendo un pitido para indicar el envío.

La manipulación se monitoriza mediante el altavoz 

No se utiliza la pantalla de la placa de desarrollo, ni tampoco se usa ningún indicador visual tipo LED.

El programa

• Crear una carpeta llamada Morse_code y en ella
• Descargar el código principal que llevará el nombre de "Morse code.txt" cambiando el nombre a Morse_code.ino es el programa principal o maestro (Main)
• Crear el fichero pitches.h que usa la función tone() de Arduino, y que no se menciona en el original pero que es necesario, cuyo contenido lo puede encontrar aqui y que es el siguiente (Recuerde que en la notación simplificada A equivale a la nota LA, el LA principal es NOTE_A4  440Hz):

/*************************************************

 * Public Constants

 *************************************************/

#define NOTE_B0  31

#define NOTE_C1  33

#define NOTE_CS1 35

#define NOTE_D1  37

#define NOTE_DS1 39

#define NOTE_E1  41

#define NOTE_F1  44

#define NOTE_FS1 46

#define NOTE_G1  49

#define NOTE_GS1 52

#define NOTE_A1  55

#define NOTE_AS1 58

#define NOTE_B1  62

#define NOTE_C2  65

#define NOTE_CS2 69

#define NOTE_D2  73

#define NOTE_DS2 78

#define NOTE_E2  82

#define NOTE_F2  87

#define NOTE_FS2 93

#define NOTE_G2  98

#define NOTE_GS2 104

#define NOTE_A2  110

#define NOTE_AS2 117

#define NOTE_B2  123

#define NOTE_C3  131

#define NOTE_CS3 139

#define NOTE_D3  147

#define NOTE_DS3 156

#define NOTE_E3  165

#define NOTE_F3  175

#define NOTE_FS3 185

#define NOTE_G3  196

#define NOTE_GS3 208

#define NOTE_A3  220

#define NOTE_AS3 233

#define NOTE_B3  247

#define NOTE_C4  262

#define NOTE_CS4 277

#define NOTE_D4  294

#define NOTE_DS4 311

#define NOTE_E4  330

#define NOTE_F4  349

#define NOTE_FS4 370

#define NOTE_G4  392

#define NOTE_GS4 415

#define NOTE_A4  440

#define NOTE_AS4 466

#define NOTE_B4  494

#define NOTE_C5  523

#define NOTE_CS5 554

#define NOTE_D5  587

#define NOTE_DS5 622

#define NOTE_E5  659

#define NOTE_F5  698

#define NOTE_FS5 740

#define NOTE_G5  784

#define NOTE_GS5 831

#define NOTE_A5  880

#define NOTE_AS5 932

#define NOTE_B5  988

#define NOTE_C6  1047

#define NOTE_CS6 1109

#define NOTE_D6  1175

#define NOTE_DS6 1245

#define NOTE_E6  1319

#define NOTE_F6  1397

#define NOTE_FS6 1480

#define NOTE_G6  1568

#define NOTE_GS6 1661

#define NOTE_A6  1760

#define NOTE_AS6 1865

#define NOTE_B6  1976

#define NOTE_C7  2093

#define NOTE_CS7 2217

#define NOTE_D7  2349

#define NOTE_DS7 2489

#define NOTE_E7  2637

#define NOTE_F7  2794

#define NOTE_FS7 2960

#define NOTE_G7  3136

#define NOTE_GS7 3322

#define NOTE_A7  3520

#define NOTE_AS7 3729

#define NOTE_B7  3951

#define NOTE_C8  4186

#define NOTE_CS8 4435

#define NOTE_D8  4699

#define NOTE_DS8 4978

• Descargar en  la carpeta la  librería de comunicaciones https://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/

El entorno de desarrollo Arduino IDE

• Abrir el entorno de desarrollo Arduino IDE 
• Abrir el código fuente Morse_code.ino en Arduino IDE
• Configurar la placa que vamos a usa, en nuestro caso no es la Adafruit Feather 32u4 RFM LoRa sino la LyLigo ESP32 LoRa 866 MHz (ESP PICO D-4 en Arduino IDE) 
• Modificar los pines de la placa y de LoRa sabiendo que la definición para T3-V1.6.1 es la siguiente
• #define CONFIG_MOSI 27
• #define CONFIG_CLK 5
• #define CONFIG_NSS 18
• #define CONFIG_RST 23
• #define CONFIG_DIO0 26
• #define CONFIG_MISO 19

https://github.com/Xinyuan-LilyGO/LilyGo-LoRa-Series/blob/master/schematic/T3_V1.6.1.pdf

El proyecto original usa la placa de desarrollo Adafruit-Feather-32u4-RFM-LoRa-PCB que tiene la siguiente asignación de pines y el chip RFM69 para LoRa

Se usan en el proyecto: VBAT/BAT (salida + 3.3V), GND ( tierra o masa de alimentación) y los pines 11 del manipulador (D11, GPIO PB7,PCINT7, OC0A/OC1C) y el 12 del altavoz (D12, GPIO PD6, ADC9, A11, !OC4D)

Recordemos que en Arduino tenemos dos tipos de interrupciones externas:

• INT: interrupciones de hardware externo.
• PCINT: interrupciones pin change (Pin Change INTerrupt).

y que las entradas ADC solamente permiten voltajes de 3,3 

Pines de Lilygo T3_V1.6.1 

 

Por su parte la placa de desarrollo que se va a utilizar es la Lilygo T3_V.1.6.1 monta para LoRa el chip SX1276, por lo que varían los pinout de la placa, de LoRa y la forma de invocar al drive RH, por todo ello hay que realizar las siguientes modificaciones al programa:

Añadir en los includes

#include <SPI.h> 

Modificar los valores de las variables y añadir las nuevas 

// LILYGO T3 V1.6.1 
// https://lilygo.cc/products/lora3
#define RFM95_CS 18
#define RFM95_RST 23
#define RFM95_INT 26
#define RFM95_MOSI 27
#define RFM95_MISO 19
#define RFM95_CLK

const int buttonPin = 21; // Manipulador  
const int tonepin = 22; // Altavoz

Incluir al principio del setup()

SPI.begin(RFM95_CLK, RFM95_MISO, RFM95_MOSI, RFM95_CS ); 

 

• Compilar, no debería dar errores (Si tiene dudas del proceso ESP32 LoRa for dummys - Inicio)

El cableado

Esquema del cableado para ADAFRUIT, para Lilygo los pines quedan  GND=GND; BAT=> 3.3V; 12 => 22 y 11 => 21        

• Soldar las regletas de pines a la placa
• Instalar el firmware medainte un cable USB en la placa de desarrollo

Material adicional

• Para las pruebas 
• Placa de desarrollo 
• Cables Dupont Line 
• Para pruebas y definitivo
• Placa de desarrollo LiLyGo ESP32 LoRa (Probado con T3_V1.6.1)
• Resistencia de 220 ohmios
• Altavoz como por ejemplo Minialtavoz ultradelgado con cable P2.0 Termina, altavoz de 8 Ohm, 8R, 0,5 W, diámetro de 20mm, 23mm, 28mm, 30mm, 36mm, 40mm, 50mm, 57mm
• Manipulador o llave mores como por ejemplo Radio Amateur magnética portátil, dispositivo de onda corta, CW, código Morse, QU-45255
• Conectores Jack de 3,5mm machos y hembras (PJ-341).

Las pruebas

La pareja de walkie Tappie funcionan correctamente. Su alcande es de ...(Se informará cuando se completen las pruebas de campo)

Las comprobaciones 

• Comprobación de que funciona correctamente la placa LiLygo (Pantalla, SD, WiFi y LoRa) para ello se puede usar , lo que nos permite comprobar los PINout de LoRa  https://github.com/Xinyuan-LilyGO/TTGO-LoRa-Series/tree/master/LoRa . Se puede comprobar la emisión de LoRa sintonizando la frecuencia con un SDR (p.e. RTL-SDR  & SDR++) 

• Comprobación de la parte de audio

• Comprobación de la ejecución del programa (traza): para ello basta con descomentar

Serial.begin(9600);

while (!Serial) { delay(1); }

Serial.println("LoRa radio init failed"); 

y ver la salida en el  Arduino IDE => Herramientas => Monitor Serie 

 

Agradecimientos

• Alex Chang, autor del proyecto original
• Doug Skogman y Mike McCauley VK4AMM, que sin su ayuda no podría haber resuelto los problemas técnicos

Referencia

• Walkie Tappie (Wireless Morse Code). Ditch your phones for a wireless Morse code transmitter!
• Arduino Nano Wireless Morse Code Key (Ver 1 and Ver2) using 433 MHz FS1000A Xmtr and Receiver modules