تفاوت LoRa-02 با LoRa-01 و راهنمای انتخاب برای پروژه‌های مختلف

لورا نوعی مدولاسیون دیجیتالی در ارتباطات بیسیم است. لورا به واسطه‌ی سه دلیل پر اهمیت است. رنج مسافتی بسیار زیاد انتقال، سرعت انتقال و پهنای باند بسیار باریک یا کوچک آن اهمیت دارد. لورا به انگلیسی LoRa به معنی Long Range است. دو ماژول بسیار پرکاربرد از ماژول‌های لورا مبتنی بر تراشه SX1278 توسط AI Thinker طراحی شده‌اند. ماژول‌های LoRa-02 و LoRa-01 این دو مدل هستند. در این پست تفاوت هر دو مدل و بررسی پایه‌های ورودی خروجی آن‌ها را در پیش خواهیم گرفت. ما بر این باور هستیم که هرچه کاربران فارسی زبان آگاهی بیشتری نسبت به بردها و سخت افزارهای به روز داشته باشند، هم در روند اجرای پروژه و هم در روند برنامه ریزی برای پیاده سازی یک پروژه، بهینه‌تر و اقتصادی‌تر عمل خواهند کرد. بنابراین اگر این مطلب برای شما ارزشمند بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید تا دانش فنی مدیرها و کاربران فارسی زبان در این حوزه و IoT رشد پیدا کند. 

شناخت مدولاسیون دیجیتالی LoRa

مدولاسیون لورا یکی از روش‌های مدولاسیون دیجیتال است که برای انتقال داده‌ها در سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم با پهنای باند بسیار باریک و مصرف انرژی پایین استفاده می‌شود. این روش به خصوص برای ارتباطات اینترنت اشیا (IoT) مناسب است. مدولاسیون لورا بر اساس یک تکنیک به نام Spread Spectrum بنا شده است. در این روش، اطلاعات دیجیتال به صورت دودویی و بیت به بیت ارسال می‌شوند. این بیت‌ها به چندین نمونه تقسیم می‌شوند و با استفاده از یک الگوریتم خاص به نام کدچین‌گذاری (chirp spreading)، هر بیت به یک دنباله سیگنال پهن‌باند و با فرکانس پایین تبدیل می‌شود. مزیت اصلی مدولاسیون لورا نسبت به سایر روش‌های مدولاسیون دیجیتال، مصرف انرژی پایین است. این روش اجازه می‌دهد که دستگاه‌های بی‌سیم با باتری‌های کوچک تا چند سال مدت طولانی عمل کنند. همچنین، برد بالا هم یکی دیگر از ویژگی‌های مهم مدولاسیون لورا است که به ارسال اطلاعات در فواصل طولانی تا چند کیلومتر بین دستگاه‌ها اجازه می‌دهد. از طرف دیگر، مدولاسیون لورا یک پهنای باند بسیار باریک را استفاده می‌کند که به ارسال داده‌ها با سرعت بسیار کمتری نسبت به روش‌های دیگر منجر می‌شود. این محدودیت سرعت مناسبی برای ارسال داده‌های نوع کوچک و کم حجم را فراهم می‌کند، اما برای ارسال داده‌های بزرگتر و با سرعت بالا مناسب نیست. به طور کلی، مدولاسیون لورا یک روش کارآمد برای ارسال اطلاعات در ارتباطات بی‌سیم با محدودیت‌های پهنای باند و مصرف انرژی است. این روش در برنامه‌های اینترنت اشیا (IoT)، شبکه‌های سنسوری، و برنامه‌هایی که نیاز به برد بالا و مصرف انرژی کم دارند، استفاده می‌شود.

شناخت ماژول‌های لورا LoRa

ماژول‌های LoRa، ماژول‌های بی‌سیمی هستند که از تکنولوژی مدولاسیون لورا برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند. این ماژول‌ها شامل یک تراشه ارتباطی مبتنی بر تکنولوژی LoRa و قسمت‌های مرتبط مانند آنتن و رابط‌ها هستند. ماژول‌های LoRa امکان ارتباط بی‌سیم بین دستگاه‌ها را در فواصل بزرگ تا چند کیلومتر با مصرف انرژی بسیار پایین فراهم می‌کنند. این ماژول‌ها از پهنای باند بسیار باریک استفاده می‌کنند و از ماهواره‌های مجازی یا Gateway ها برای اتصال به شبکه اینترنت استفاده می‌کنند. برخلاف تکنولوژی‌های مخابراتی متداول مانند GSM یا Wi-Fi که برای انتقال داده‌ها پهنای باند گسترده‌تری را مصرف می‌کنند، ماژول‌های LoRa توانایی ارسال داده‌ها در پهنای باند بسیار باریکتری را دارند که باعث مصرف انرژی کمتر و برد بالاتر آنها می‌شود. ماژول‌های LoRa اغلب دارای ویژگی‌ها و قابلیت‌هایی هستند که برای ارتباطات IoT مناسب هستند. این قابلیت‌ها شامل:

• برد بالا: ماژول‌های LoRa قادر به انتقال داده‌ها در فواصل بزرگ تا چند کیلومتر هستند. این ویژگی آنها را برای ارتباطات دستگاه به دستگاه در مناطق دورافتاده و گسترده مناسب می‌کند.
• مصرف انرژی پایین: یکی از ویژگی‌های مهم ماژول‌های LoRa، مصرف انرژی پایین آنها است. این ویژگی امکان استفاده طولانی مدت با باتری‌های کوچک را فراهم می‌کند و برای دستگاه‌های IoT با منابع محدود انرژی بسیار مفید است.
• امنیت: ماژول‌های LoRa امکان استفاده از رمزنگاری و امنیت داده را فراهم می‌کنند تا ارتباطات بین دستگاه‌ها محافظت شود.
• انعطاف‌پذیری: این ماژول‌ها قابلیت پیکربندی و تنظیمات مختلفی را برای تطبیق با نیازهای مختلف برنامه‌ها و شبکه‌ها ارائه می‌دهند.
  

ماژول‌های LoRa برای انواع برنامه‌ها از جمله شبکه‌های سنسوری، شهر هوشمند، کشاورزی هوشمند و اینترنت اشیا استفاده می‌شوند. همچنین، اکوسیستم LoRa شامل تجهیزاتی مانند Gateway ها و پلتفرم‌های ابری هم موجود است که قابلیت ارتباط با ماژول‌های LoRa را فراهم می‌کنند و به سادگی امکان اتصال دستگاه‌ها و مدیریت شبکه‌های LoRa را به کاربران می‌دهند.

معرفی ماژول LoRa-02 

ماژول Ra-02 LoRa یا رادیو دوربرد که توسط شرکت Ai-Thinker ، سازنده ESP32S توسعه یافته است، پروژه های اینترنت اشیا را از طریق طیف گسترده ای برای برد از راه دور فراهم می‌کند. این شکل از ارتباط بی‌سیم منجر به پهنای باند بیشتر، افزایش مقاومت در برابر تداخل، به حداقل رساندن مصرف جریان و افزایش امنیت می شود. این ماژول براساس تراشه SX1278 طراحی شده است. ماژول RF SX1278 عمدتا برای ارتباط طیف گسترش دوربرد استفاده می شود. به همین دلیل می تواند در برابر به حداقل رساندن مصرف جریان فعلی مقاومت کند. به لطف فناوری مدولاسیون اختراع شده LoRa S SEMTECH ، SX1278 دارای حساسیت بالا dBm 148- با خروجی قدرت dBm 20، فاصله انتقال طولانی است. پرش فرکانسی که برای شما تعادل انتقال سیگنال با کیفیت را امکان پذیر می‌کند. محدوده 420-450 مگاهرتز را پوشش می دهد. تمام این قابلیت های بی سیم با برد بلند در یک پکیج کوچک 17x16x16 میلی متر بسته بندی شده است. این ماژول قابلیت اتصال به شبکه‌های LoRa با فرکانس 433 مگاهرتز را دارد و از تکنولوژی مدولاسیون لورا برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند. ماژول LoRa-02 دارای ویژگی‌ها و قابلیت‌های زیر است.

• فرکانس عملکرد: این ماژول برای ارتباطات خود از فرکانس 433 مگاهرتز استفاده می‌کند. این فرکانس معمولاً برای مناطق مختلف قابل تنظیم است و می‌تواند بر اساس نیاز و محدودیت‌های منطقه‌ای تغییر کند.
• برد بالا: ماژول LoRa-02 قابلیت ارسال و دریافت داده‌ها در فواصل بزرگ تا چند کیلومتر را دارد. این برد بالا به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد در شرایط دورافتاده و مناطق گسترده از آن استفاده کنند.
• مصرف انرژی پایین: یکی از مزیت‌های اصلی ماژول‌های LoRa-02، مصرف انرژی پایین آنهاست. این ویژگی امکان استفاده طولانی مدت با منابع انرژی محدود مانند باتری را فراهم می‌کند.
• رابط سریال: ماژول LoRa-02 دارای رابط سریال است که به کاربر امکان ارتباط با دستگاه‌های کنترلی مانند میکروکنترلرها یا کامپیوترها را می‌دهد. این رابط معمولاً به عنوان رابط کاربری اصلی برای کنترل و انتقال داده‌ها استفاده می‌شود.
• امنیت: ماژول LoRa-02 امکان استفاده از رمزنگاری و امنیت داده را فراهم می‌کند تا ارتباطات بین دستگاه‌ها محافظت شود.

ماژول LoRa-02 قابلیت استفاده در انواع برنامه‌های IoT، شبکه‌های سنسوری و برنامه‌های دیگری که نیاز به برد بالا و مصرف انرژی پایین دارند، را دارد.

معرفی ماژول LoRa-01

تراشه رادیوی لورا بر پایه Ai-Thinker Lora Ra - 01 است. دارای فرکانس کاری 420 تا 450mhz است. از مودهای FSK, GFSK, MSK, GMSK, LoRaTM and OOK پشتیبانی می‌کند. همچنین این ماژول به صورت اتوماتیک سیگنال RF را تشخیص داده و از مود High Speed CAD پشتیبانی می‌کند. Ra-01 یک ماژول انتقال بی سیم است که مبتنی بر فرستنده و گیرنده بی سیم SEMTECH SX1278 است. این فن آوری پیشرفته طیف گسترش LoRa را با فاصله ارتباطی 10000 متر تصویب می کند. این می تواند هزاران نفر از مردم منطقه را تحت پوشش قرار دهد، به ویژه برای خواندن کنتور، خانه های هوشمند، تجهیزات دزدگیر. ماژول سری LoRa Ra-01 توسط فناوری AI-THINKER طراحی و توسعه یافته است. ماژول LoRa-01 نیز یکی دیگر از ماژول‌های LoRa مبتنی بر تراشه SX1278 است. این ماژول از تکنولوژی مدولاسیون لورا برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند و قابلیت اتصال به شبکه‌های LoRa را دارد. ماژول LoRa-01 دارای ویژگی‌ها و قابلیت‌های زیر است:

• فرکانس عملکرد: این ماژول برای ارتباطات خود از فرکانس 433 مگاهرتز استفاده می‌کند. فرکانس 433 مگاهرتز به‌طور عمومی برای استفاده در مناطق مختلف قابل تنظیم و پیکربندی است.
• برد بالا: ماژول LoRa-01 همچنین قابلیت ارسال و دریافت داده‌ها در فواصل بزرگ تا چند کیلومتر را داراست. این برد بالا امکان ارتباط در مناطق دورافتاده و گسترده را به دستگاه‌ها می‌دهد.
• مصرف انرژی پایین: یکی از ویژگی‌های مهم ماژول‌های LoRa-01، مصرف انرژی کم آنهاست. این ویژگی به کاربر امکان استفاده طولانی مدت با منابع انرژی محدود را می‌دهد.
  
• امنیت: ماژول LoRa-01 همچنین امکان استفاده از رمزنگاری و امنیت داده را فراهم می‌کند تا ارتباطات بین دستگاه‌ها محافظت شود.
  

ماژول LoRa-01 مناسب برای استفاده در برنامه‌های IoT، شبکه‌های سنسوری و برنامه‌های دیگری است که نیاز به برد بالا و مصرف انرژی کم دارند.

جدول ویژگی های فنی LoRa-02

در ادامه جدولی از مشخصات فنی برای تراشه nRF52832 را مشاهده می‌کنید. لطفاً توجه داشته باشید که این جدول تنها برخی از مشخصات فنی مهم را شامل می‌شود و برای مشخصات کامل و دقیق، به منابع رسمی و دیتاشیت تراشه مراجعه نمایید.

جدول 1: جدول پارامترهای ماژول Ra-01/Ra-02

جدول 2: جدول پارامترهای الکترونیکی ماژول Ra-01/Ra-02

لطفا توجه کنید که جدول ارائه شده بر اساس اطلاعات موجود است و ممکن است بر اساس نسخه یا تغییرات خاص ماژول، تفاوت داشته باشد.

بررسی پایه‌های PinOut ماژول RA-02 و RA-01

بررسی پایه‌های pinOut ماژول LoRa-02 و LoRa-01 مبتنی بر تراشه SX1278، هر دو ماژول دارای پکیج SMD یکسان هستند و پایه‌های ورودی خروجی بجز بخش آنتن در آنها متفاوت است.

VCC: ورودی تغذیه با ولتاژ 3.3 ولت

GND: اتصال به زمین

MISO: خروجی داده SPI برای ماژول ارتباطی

MOSI: ورودی داده SPI برای ماژول ارتباطی

SCK: سیگنال ساعت SPI برای ماژول ارتباطی

NSS: انتخاب تعداد ماژول های SPI

NRESET: ورودی تنظیم مجدد ماژول

DIO0: خروجی سیگنال از طریق پایه تعیین شده در ماژول

DIO1: خروجی سیگنال از طریق پایه تعیین شده در ماژول

DIO2: خروجی سیگنال از طریق پایه تعیین شده در ماژول

DIO3: خروجی سیگنال از طریق پایه تعیین شده در ماژول

DIO4: خروجی سیگنال از طریق پایه تعیین شده در ماژول

DIO5: خروجی سیگنال از طریق پایه تعیین شده در ماژول

ANT: اتصال آنتن به ماژول

توجه داشته باشید که شماره پایه ها و قرارگیری آنها بر روی ماژول ممکن است با توجه به نسخه ماژول متفاوت باشد. بنابراین برای مطمئن شدن از پایه های ماژول خود، به دقت دیتاشیت مربوط به ماژول را مطالعه کنید.

تفاوت کلی LoRa-02 و LoRa-01

هر دو ماژول  Ra-01 و Ra-02 از تراشه SX1278 استفاده می‌کنند. فقط یک تفاوت کلی در آن‌ها وجود دارد. در مدل LoRa RA-02 سوکت U.FL روی بردی قرار دارد که قابلیت اتصال به انواع آنتن‌ها توسط مبدل U.FL به SMA را دارد. اما در مدل LoRa RA-01 پایه شماره 1 به عنوان آنتن تعریف شده است. می‌توانید یک آنتن اسپینینگ ساده به آن لحیم کاری کنید. تنها تفاوت دو برد در همین است، حتی تمامی پایه‌های PinOut دو ماژول هم یکسان هستند.

ماژول‌های لورا RA-02 و RA-01 برای چه پروژه هایی مناسب هستند؟

ماژول‌های RA-01 و Ra-02 از تکنولوژی LoRa برای ارتباطات بی‌سیم برد بلند استفاده می‌کنند. به دلیل ویژگی‌های خاص خود، این ماژول‌ها برای پروژه‌های زیر بسیار کاربردی هستند. تا اینجا در خصوص تراشه اصلی این ماژول‌ها صحبت کردیم. پایه‌های خروجی را بررسی کردیم. تفاوت‌های هر دو مدل را هم بررسی کردیم. در ادامه چند کاربرد عمومی از ماژول لورا Ra-02 و Ra-01 را معرفی می‌کنیم.

• اینترنت اشیاء (IoT): ماژول‌های RA-01 و Ra-02 به عنوان یکی از راه‌حل‌های ارتباطی برای شبکه‌های اینترنت اشیاء استفاده می‌شوند. آنها می‌توانند به عنوان گره‌های ارتباطی بین دستگاه‌های مختلف IoT در فاصله‌های بزرگ و با مصرف انرژی کم عمل کنند.
• شبکه‌های سنسوری: به دلیل برد بالا و قدرت ارسال قوی، ماژول‌های RA-01 و Ra-02 برای ارتباط با سنسورها و دستگاه‌های جمع‌آوری داده در پروژه‌های سنسوری مفید هستند. آنها می‌توانند اطلاعات از سنسورها را به مرکز کنترل یا سیستم‌های مبتنی بر اینترنت ارسال کنند.
• شبکه‌های شهر هوشمند: در پروژه‌های شهر هوشمند، ماژول‌های RA-01 و Ra-02 به عنوان ارتباطات بی‌سیم در زیرساخت‌های مختلف مانند مدیریت ترافیک، سیستم‌های نورپردازی خیابانی، سیستم‌های مانیتورینگ محیطی و غیره استفاده می‌شوند.
• پایش محیطی: با استفاده از ماژول‌های RA-01 و Ra-02، می‌توان پروژه‌هایی را برای پایش محیطی مانند کنترل کیفیت هوا، پایش آب و خاک، مانیتورینگ دوربین‌ها و غیره پیاده سازی کرد.
• سیستم‌های هوشمند و خانه هوشمند: این ماژول‌ها قابلیت ارتباط با دستگاه‌های هوشمند مانند دستگاه‌های خانه هوشمند، سیستم‌های امنیتی و سیستم‌های کنترل هوشمند را فراهم می‌کنند.

به طور کلی، ماژول‌های RA-01 و Ra-02 برای پروژه‌هایی که نیاز به ارتباطات بی‌سیم در فواصل بلند و مصرف انرژی کم دارند، بسیار مناسب هستند.

شبکه مش Mesh با ماژول‌های لورا SX1278

ماژول‌های LoRa-02 و LoRa-01 مبتنی بر چیپ SX1278 می‌باشند و امکان ساخت شبکه مش با استفاده از آن‌ها وجود دارد. برای ساخت یک شبکه مش با این ماژول‌ها، می‌توانید از پروتکل LoRaWAN که یک پروتکل شبکه‌بندی برای فناوری LoRa استفاده می‌کند، بهره ببرید. در شبکه‌های LoRaWAN، ماژول‌های LoRa-02 و LoRa-01 می‌توانند به عنوان گره‌های اصلی یا گره‌های تکرار درون شبکه مش عمل کنند. گره‌های اصلی وظیفه جمع‌آوری داده‌ها را برعهده دارند و داده‌ها را به گیت وی (gateway) ارسال می‌کنند. در حالی که گره‌های تکرار وظیفه تقویت سیگنال و انتقال داده‌ها بین گره‌های دیگر را بر عهده دارند. برای ساخت یک شبکه مش با این ماژول‌ها، ابتدا باید یک گیت وی (gateway) LoRaWAN را برای اتصال به شبکه اینترنت تنظیم کنید. سپس ماژول‌های LoRa-02 و LoRa-01 را به عنوان گره‌های شبکه وصل کنید. با تنظیمات مناسب در هر گره، آن‌ها می‌توانند ارتباطات بی‌سیم را از طریق گره‌های تکرار بین گره‌ها انجام دهند و داده‌ها را به گاه‌شمار ارسال کنند. شبکه مش می‌تواند در برنامه‌های متنوعی مانند اینترنت اشیاء (IoT)، سیستم‌های هوشمند، پایش محیطی و غیره کاربرد داشته باشد. با استفاده از این شبکه، می‌توانید داده‌ها را در فواصل بلند و با مصرف انرژی کم ارسال کنید و پوشش و پایداری ارتباطات را بهبود بخشید.

اقلام مورد نیاز راه اندازی LoRa-02 مبتنی بر SX1278

برای راه اندازی ماژول LoRa-02 به برد میکروکنترلر و اقلام دیگری نیاز خواهید داشت. در ادامه اقلام مورد نیاز برای راه اندازی این ماژول لورا LoRa را بررسی می‌کنیم.

• ماژول LoRa-02: این ماژول برای برقراری ارتباط بی‌سیم از فناوری LoRa استفاده می‌کند. بنابراین، اولین نیاز شما برای راه اندازی ماژول LoRa-02، خود ماژول است.
• میکروکنترلر: برای کنترل و برنامه‌ریزی ماژول LoRa-02، شما به یک میکروکنترلر نیاز دارید. میکروکنترلر می‌تواند پلتفرمی مانند Arduino یا ESP32 باشد که ارتباط SPI با ماژول LoRa-02 را فراهم می‌کند.
• منبع تغذیه: برای تامین تغذیه ماژول LoRa-02، شما به یک منبع تغذیه مناسب نیاز دارید. این منبع تغذیه می‌تواند یک باتری لیتیومی، یک منبع تغذیه قابل تنظیم یا منبع تغذیه USB باشد.
• آنتن: برای ارسال و دریافت سیگنال‌ها، ماژول LoRa-02 به یک آنتن مخصوص نیاز دارد. انتخاب یک آنتن مناسب با توجه به فرکانس کاری ماژول LoRa-02 و نیازهای شما ضروری است.
• کابل‌ها: شما نیاز به کابل‌های مورد نیاز برای اتصال ماژول LoRa-02 به میکروکنترلر و منبع تغذیه دارید. این کابل‌ها می‌توانند کابل‌های SPI، کابل‌های برق و کابل‌های اتصال آنتن باشند.
• نرم‌افزار برنامه‌ریزی: برای برنامه‌ریزی و تنظیمات ماژول LoRa-02، شما نیاز به یک محیط برنامه‌نویسی مناسب مانند Arduino IDE یا PlatformIO دارید. همچنین، ممکن است نیاز به کتابخانه‌های مربوطه برای کار با ماژول LoRa-02 داشته باشید.

این عناصر اصلی هستند که برای راه اندازی ماژول LoRa-02 نیاز دارید. با استفاده از این موارد و با توجه به دستورالعمل‌ها و مستندات مربوطه، می‌توانید ماژول LoRa-02 را راه اندازی کنید و ارتباطات بی‌سیم با آن را برقرار کنید.

جمع بندی 

بردهای رادیویی که در نقش ترنسیور قرار دارند. انواع مختلفی دارد. این بردهای برای انتقال داده‌های مختلف طراحی شده‌اند. مدل لورا LoRa قابلیت تبادل اطلاعات در فواصل بسیار زیاد را دارد. به این دلیل و دلایل دیگری که در ابتدای پست بررسی کردیم، اهمیت بسیار زیادی در صنایع مختلف پیدا کرده‌اند. در این پست سعی براین بوده که دو مدل بسیار مطرح از ماژول لورا در بازار ایران به نام های LoRa02 و LoRa01 را بررسی کنیم. این دو مدل در حقیقت از یک تراشه داخلی بهره می‌برند. دانستن قابلیت‌های آن‌ها کمک می‌کند که برای پروژه‌های مختلف و براساس سناریو کاربردی مورد نظر، انتخاب صحیحی داشته باشید. البته دقت داشته باشید که راه اندازی تخصصی و بسیار فنی این دو ماژول را بایستی به صورت یک امر کاملا فنی مهندسی دنبال کنید. طبیعتا از موضوع بحث یک بلاگ عمومی در فروشگاه خارج است. همچنین دقت داشته باشید که تراشه‌های LoRa نسخه‌های مختلفی دارند که هر کدام براساس استانداردها و قوانین خاصی طراحی و تولید می‌شوند. ما در تلاش هستیم که دانش کاربران فارسی زبان را در راستای سخت افزارهای IoT ارتقا دهیم. بنابراین اگر این پست برای شما مفید بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، حتما لینک آموزش را با دیگران به اشتراک بگذارید.