Raspberry Pi Pico: LoRa-Funkmodule

LoRa-Funkmodule sind im Prinzip Funk-Modems mit der LoRa-Funktechnik. Es gibt viele Hersteller mit unzähligen LoRa-Funkmodulen. Zu beachten ist, dass viele Module für bestimmte Frequenzbereiche und länderspezifische Regularien optimiert sind. Desweiteren unterscheiden sie sich in vielen Leistungsmerkmalen, die ihren Einsatz und die Möglichkeiten begrenzen. Universell einsetzbare LoRa-Module kosten deshalb auch etwas mehr. Der Preis liegt aber selten über handelsüblichen WLAN-USB-Adaptern.

Ein LoRa-Funkmodul ist anhand seiner Leistungsmerkmale und unter Berücksichtigung der Anforderungen auszuwählen. LoRa-Funkmodule für den Raspberry Pi Pico sollten zusätzlich bestimmte Leistungsmerkmale aufweisen.

LoRa-Module für den Raspberry Pi Pico

Die Frage ist, welche LoRa-Funkmodule sind für den Raspberry Pi Pico geeignet. Hierfür sind folgende Leistungsmerkmale zu berücksichtigen.

• Betriebsspannung: Der Raspberry Pi Pico hat einen Spannungsregler für 3,3 Volt, der auch externe Geräte mitversorgen kann. Ein LoRa-Modul sollte eine Betriebsspannung von 3,3 Volt haben. Dann ist eine separate Stromversorgung verzichtbar.
• Schnittstellen: Zur Steuerung eines LoRa-Moduls muss das LoRa-Modul mit dem Pico über eine Schnittstelle verbunden werden. Der Pico hat viele Schnittstellen zur Auswahl. Zum Beispiel: UART, SPI und I2C.
• Signalpegel: Der Raspberry Pi Pico hat an seinen digitalen Eingängen und Ausgängen einen Signalpegel von 3,3 Volt. Der Pegel der Schnittstelle sollte ebenfalls 3,3 Volt betragen, sonst ist ein Pegelwandler zwischen Pico und Modul notwendig.
• Software-Unterstützung: Je nach Schnittstelle bedarf es einer softwareseitigen Unterstützung. In der Regel durch eine Erweiterung oder externe Bibliothek. Das hat den Nachteil, dass man dann auf die Möglichkeiten der Bibliothek beschränkt ist, obwohl das LoRa-Modul mehr kann. Und ob die Bibliothek wirklich das kann, was man braucht, erfährt man erst hinterher. Wenn es keine Bibliothek gibt, muss man die Funktionen zur Kommunikation mit dem LoRa-Modul selber programmieren, was die Dauer der Implementierung verlängert.
• LoRaWAN-Spezifikation: Die Unterstützung der LoRaWAN-Spezifikation durch das LoRa-Modul ist notwendig, um das LoRa-Modul mit einem LoRaWAN verbinden zu können. Manche sind auch explizit für die Nutzung des TTN-LoRaWAN geeignet.
• Device EUI: Jedes LoRaWAN-fähige LoRa-Modul benötigt eine einzigartige Device EUI. Das ist eine Hardware-Adresse mit der ein LoRa-Modul im LoRaWAN adressiert werden kann. Optimalerweise ist diese Adresse auf dem LoRa-Modul aufgedruckt oder lässt sich über eine Schnittstelle auslesen.

Je nach Anforderungen können weitere Leistungsmerkmale eine Rolle spielen. Zum Beispiel Stromverbrauch, Sendeleistung, Endgeräte-Klasse und weitere.

Spezielle LoRa-Funkmodule für den Raspberry Pi Pico

Es gibt auch LoRa-Funkmodule, die speziell für den Raspberry Pi Pico entwickelt wurden. Der Nachteil bei solchen LoRa-Funkmodulen ist, dass sie dann auch nur mit dem Raspberry Pi Pico funktionieren. Das Problem dabei ist, was wenn sich herausstellt, dass der Raspberry Pi Pico nicht das richtige Mikrocontroller-Board ist? Dann war das LoRa-Modul ein Fehlkauf.
Deshalb empfiehlt sich ein universelles LoRa-Modul zu verwenden, damit es für den Raspberry Pi Pico und auch für andere Systeme problemlos geeignet ist.

Universelle LoRa-Funkmodule

Die Frage ist, welche Leistungsmerkmale muss ein LoRa-Funkmodul haben, damit es universell einsetzbar ist?

• Schnittstelle: LoRa-Funkmodule, die sich über eine UART-Schnittstelle mit AT-Kommandos steuern lassen, sind meist flexibler einsetzbar. Dann braucht man keine Bibliothek und kann das Modul auch über einen USB-UART-Adapter an einem PC steuern.
• LoRaWAN-Spezifikation: Die LoRaWAN-Spezifikation gibt es in verschiedenen Versionen. Welche Version erforderlich ist, gibt das LoRaWAN-Netzwerk vor, dass man nutzen möchte. Als Richtwert sollte man die Unterstützung von LoRaWAN 1.0.3 voraussetzen. LoRaWAN 1.0.2 ist manchmal zu wenig.
• Bauform: LoRa-Funkmodule gibt es in verschiedenen Bauformen. Von einfachen Chips, steck- oder andere lötbare Bauformen, als Breakout-Boards und Module in Gehäusen. Sinnvoll sind Module, die steckbare Pins herausgeführt haben.

Empfehlungen

Die Frage ist, welche der verfügbaren LoRa-Funkmodulen eignen sich im Zusammenspiel mit dem Raspberry Pi Pico besonders gut? Empfehlenswert sind LoRa-Breakout-Boards von RAK Wireless.

LoRa-Funkmodul: RAK3272S Breakout Board von RAK Wireless

Das RAK3272S Breakout Board von RAK Wireless ist eine Platine mit RAK3172-Modul in dem sich ein STM32WLE5CC-MCU von STM mit integrierter LoRa-Funktechnik befindet. Das RAK3272S Breakout Board wurde speziell entwickelt, damit es auf ein Standard-Steckbrett gesteckt werden kann. Außerdem hat das Breakout Board einen Antennen-Anschluss für eine externe Antenne.
Das RAK3172-Modul ist mit der LoRaWAN-Spezifikation 1.0.3 auch TTN-fähig. Zur Steuerung dienen AT-Kommandos über eine UART-Schnittstelle.

• LoRa-Modul: RAK3272S Breakout Board
• Raspberry Pi Pico: RAK3272S Breakout Board verbinden und testen
• Raspberry Pi Pico: Daten an das TTN-LoRaWAN mit LoRa-Modul RAK3272S senden

LoRa-Funkmodul: RAK4200 Breakout Board von RAK Wireless

Das RAK4200 Breakout Board von RAK Wireless ist eine Platine mit RAK4200-Modul in dem eine STM32L071KB-MCU von STM und ein SX1276-LoRa-Transceiver von Semtech miteinander kombiniert wurden. Die Anschlüsse des RAK4200-Moduls sind auf Pinleisten auf der Platine herausgeführt. Außerdem hat das Breakout Board einen Antennen-Anschluss für eine externe Antenne.
Das RAK4200-Modul ist mit der LoRaWAN-Spezifikation 1.0.2 auch TTN-fähig.

• LoRa-Modul: RAK4200 Breakout Board
• Raspberry Pi Pico: RAK4200 Breakout Board verbinden und testen
• Raspberry Pi Pico: Daten an das TTN-LoRaWAN mit LoRa-Modul RAK4200 senden

Weitere LoRa-Funkmodule

Es gibt natürlich noch weitere LoRa-Funkmodule von anderen Herstellern, die mit dem Raspberry Pi Pico verwendet werden können.

• Waveshare SX1262 LoRa Node Module
• Adafruit Feather 32u4 LoRa Radio

Übersicht: LoRa und LoRaWAN

• LoRa und LoRaWAN - Long Range Wide Area Network
• LoRa und LoRaWAN: Anwendungen
• LoRa und LoRaWAN: Architektur
• LoRa und LoRaWAN: Netzwerke
• LoRa-Endgeräte-Klassen (A, B und C)
• LoRa-Endgeräte-Aktivierung (ABP vs. OTAA)

Übersicht: TTN

• TTN - The Things Network
• The Things Network (TTN): Gateway in der Nähe?
• The Things Network (TTN): LoRa-Module für TTN
• The Things Network (TTN): Registrieren und Account erstellen
• The Things Network (TTN): Applications und Endgeräte verwalten

Weitere verwandte Themen:

• Raspberry Pi Pico: LoRa, LoRaWAN und The Things Netzwork (TTN)
• Raspberry Pi Pico: P2P-Kommunikation mit LoRa
• Raspberry Pi Pico: Smart Home (Ideen und Projekte)
• Raspberry Pi Pico im Stand-alone-Betrieb
• Raspberry Pi Pico

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