RC-RICK-868-EV Funkmodem (Review)

In diesem Testbericht werfen wir einen Blick auf das RC-RICK-868-EV. Dabei handelt es sich um einen Bausatz von Radiocontrolli zum Testen eines ihrer vielen Funkmodule funkmodule. In diesem Fall ist das RC-RICK-868 ein Funkmodem mit UART-Schnittstelle und LoRa-Modulation. Es ist für die Kommunikation über große Entfernungen in einer Punkt-zu-Punkt-Konfiguration und nicht für den Anschluss an LoRaWAN-Netzwerke konzipiert.

Auspacken und erste Impressionen

Das RC-RICK-868-EV Evaluierungskit enthält zwei USB-Dongles, zwei Antennen und eine Schnellstartanleitung. Der Aufbau mit einem UFL-Stecker, einer durch die Platine geschraubten SMA-Antenne und einem UFL-zu-SMA-Pigtail sieht etwas ungewöhnlich aus. Da der HF-Ausgang des Moduls auch mit Pin 16 („Wabenloch“) des Moduls verbunden ist, wäre es sauberer gewesen, eine Leiterbahn auf der Platine zu einem vertikalen SMA-Anschluss zu führen, der auf die Platine gelötet ist.
 
Sei vorsichtig bei der Verwendung eines Laptops. Heb ihn vom Schreibtisch ab oder verwende ein USB-Verlängerungskabel oder einen Hub. Andernfalls besteht die Gefahr, dass der USB-Anschluss des Laptops beschädigt wird, da der gebogene Teil des Pigtails (Drahtende/Anschlussdraht) unter dem Dongle verhindert, dass der Stecker gerade eingesteckt wird.
 
Das RF-modul kann auch separat, ohne USB-Anschluss, erworben werden, um es in jedes Projekt zu integrieren. Dies ermöglicht eine viel kompaktere Leiterplatte. Hier muss lediglich die RX- und TX-Pins des Moduls mit den UART-Pins verbunden werden, die eine drahtlose Übertragung erfordern. In diesem Szenario muss eine eigene Antenne und ein separat integrierter USB-seriell-Schaltkreis bereitgestellt werden, falls erforderlich.
  Die Module basieren auf dem integrierten Schaltkreis STM32WLE5JC, der in Zusammenarbeit zwischen STMicroelectronics und Semtech entwickelt wurde. Dieser IC enthält einen ARM Cortex-M4-Mikrocontroller und einen RF-Transceiver auf demselben Siliziumchip. Das Modul RC-RICK-868 wird von Radiocontrolli als drahtlose serielle Verbindung vorprogrammiert.

Der erste Test des RC-RICK-868

Schließe die beiden Dongles an verschiedene Anschlüsse eines USB-Hubs an, wie folgt gezeigt:
  Auf meinem Windows-11-Laptop musste ich die CP2102 USB-zu-seriell-Treiber von der Silicon Labs (alias Silabs)-Website installieren, was zu erwarten war. Diese Anforderung wird auch in der Dokumentation von Radiocontrolli erwähnt.

Die Konfiguration der Module ist ganz einfach durch das Senden von so genannten "AT-Befehlen" mit einer beliebigen Terminal-Software. Wir haben uns für RealTerm entschieden. Eine Liste aller ATBefehle ist im Datenblatt des Moduls ersichtlich.
 
In der Schnellstartanleitung wird empfohlen, beim ersten Einschalten die Werte für mehrere Parameter einzustellen. Diese Werte werden im Flash-Speicher gespeichert, um Stromzyklen zu überstehen, sofern das Modul nicht explizit anders konfiguriert wird (mit dem Befehl AT+AutoSave). Zu den Parametern gehören: LoRa-Frequenz, Bandbreite, Spreizfaktor, Kodierungsrate und Präambel-Länge. Für die Zwecke dieser Überprüfung werden wir uns an die vorgeschlagenen Standardwerte halten.
 
Die Verwendung eines beliebigen Terminalemulators macht diesen Vorgang einfach. Radiocontrolli bietet auch ein kleines Tool an, in dem die nützlichsten AT-Befehle bereits eingegeben sind, was den Vorgang noch wesentlich komfortabler macht:
  Diese Prozedur muss zweimal ausgeführt werden: einmal für den Sender und einmal für den Empfänger.
 
Die Geräte werden immer im "TX"-Modus hochgefahren. Ich habe willkürlich entschieden, dass COM3 der Sender und COM4 der Empfänger sein wird. Es ist notwendig, den Befehl "AT+RX" an COM4 zu senden, bevor wir die Übertragung testen können. Dann können wir mit dem Terminalemulator (in diesem Fall RealTerm) unsere erste drahtlose Nachricht senden:
  Und tatsächlich, unser "Hallo" wird drahtlos zwischen den beiden seriellen USB-Anschlüssen übertragen. Das ist zwar zufriedenstellend, aber nicht außergewöhnlich, wenn man bedenkt, dass der Abstand zwischen den beiden Antennen nur 15 Zentimeter beträgt. Probieren wir nun die Übertragungsreichweite mit realistischeren Abständen zwischen den Sende- und Empfangsgeräten aus!

Testen der Reichweite

Für die Reichweitentests bleibt eines der Module (das als Sender fungiert) mit einem PC verbunden. Mithilfe eines Python-Skripts werden die Daten kontinuierlich mit einer Verzögerung von 1 Sekunde zwischen den einzelnen Übertragungen übertragen. Diese Verzögerung ist notwendig, da eine kontinuierliche Übertragung in den meisten Ländern streng verboten ist. In Europa beträgt das maximal zulässige Tastverhältnis (Sendezeit geteilt durch Gesamtzeit) für 868 MHz 1 %. Es ist wichtig, dass sich über die örtlichen Vorschriften an Ihrem Standort informiert wird.
 
Der Einfachheit halber und um der Natur von LoRa gerecht zu werden, das für die Übertragung kleiner Datenmengen konzipiert ist, haben wir uns dafür entschieden, ein einzelnes ASCII-Zeichen in einem abwechselnden Muster zu senden: 0, 1, 0, 1...
 
Das Empfängermodul wird dann an einen USB-Anschluss eines Laptops angeschlossen. Mit einem Terminalemulator öffnen wir die entsprechende serielle Schnittstelle und beobachten die empfangenen Zeichen: 0, 1, 0, 1...
 
Anschließend nehmen wir den Laptop mit auf die Straße und entfernen uns allmählich vom Sender, bis der Datenstrom aufhört. Dies zeigt den Punkt an, an dem die Verbindung unterbrochen wird.
 
Mit den Standardeinstellungen und der von Radiocontrolli bereitgestellten Antenne konnten wir eine nutzbare Reichweite von über 800 Metern erzielen! Dies geschah in einer städtischen Umgebung, wobei sich der Sender in einem Betongebäude befand. In einer ländlicheren Umgebung mit einer ungehinderten Sichtlinie (LOS) zwischen Sender und Empfänger sollte eine Reichweite von mehreren Kilometern möglich sein. Für erfahrene Nutzer besteht die Möglichkeit, die LoRa-HF-Parameter fein abzustimmen, und die Verwendung einer größeren Antenne mit höherem Gewinn könnte die Reichweite weiter erhöhen.

Bau eines remote Sensors mit dem RC-RICK-868

Einer meiner Freunde hat einen unterirdischen Weinkeller unter seinem Haus. Als engagierter Nerd, der er ist, wollte er die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Keller über längere Zeiträume überwachen, die von Tagen bis zu Monaten reichen. Die Herstellung einer zuverlässigen drahtlosen Verbindung zwischen dem Keller und dem Haus war jedoch eine große Herausforderung. Dies ist die perfekte Gelegenheit, die LoRa-Technologie auszuprobieren, die für ihre Unempfindlichkeit gegenüber Störungen und ihre starke Dämpfung bekannt ist.
 
Um ein realistischeres Szenario zu simulieren, haben wir das Sendemodul an einen Laptop angeschlossen, der im Weinkeller unter dem Haus steht. In der Zwischenzeit wurde das Empfangsmodul an einen anderen Laptop angeschlossen, den wir im Haus herumbewegen bzw. umpositionieren.
 
In der Regel möchten die Nutzer eines solchen Systems mehr als nur ein einzelnes Zeichen übertragen. Um dies nachzuahmen, haben wir das Python-Skript auf der Senderseite so geändert, dass simulierte Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte gesendet werden: +13.5°C und 65.0% RH.
 
Das RX-Modul kann so konfiguriert werden, dass die empfangene Signalstärke nach jedem Paket mit dem Befehl AT+ACKRSSI=1 angezeigt wird. Diese Funktion kann besonders nützlich sein, um die Antennenleistung zu überprüfen oder LoRa RF-Parameter mit den entsprechenden Befehlen fein abzustimmen.
 
Auch hier führten die Standardeinstellungen zu guten Ergebnissen. Wir konnten keine Stelle im Haus ausfindig machen, an der das RX-Modul die vom TX-Modul gesendete Nachricht nicht empfangen konnte. Im schwierigsten Fall lag der aufgezeichnete Received Signal Strength Indicator (RSSI) bei - 71 dBm, was dem RX-Modul immer noch ermöglichte, das Signal ohne Probleme zu dekodieren. Laut Datenblatt liegt die maximale Empfindlichkeit des Empfängers bei -140 dBm, so dass immer genügend Spielraum vorhanden war.
  Mit dem RC-RICK-868, einem Arduino Pro Mini, einer Lithium-Ionen-Batterie des Typs 18650, dem beliebten Temperatur-/Luftfeuchtigkeitssensor DHT22/AM2302 und einem kompakten elektrischen Gehäuse wird die Herstellung eines benutzerdefinierten drahtlosen IoT-Sensors zu einem unkomplizierten Prozess. Die Übertragung von Daten alle 10 Minuten und die Implementierung von Energiesparmodi sollten zu einer Batterielebensdauer von mehreren Jahren führen.
    Zum Zeitpunkt des Schreibens arbeitet mein Freund am Arduino-Code. Er hat viel Spaß bei der Feinabstimmung seines Codes, um Daten vom AM2302-Sensor zu lesen und die Verwendung von Low-Power-Modi sowohl im Arduino als auch im RC-RICK-868 zu optimieren. Ich bin sicher, dass ihm das gelingen wird, jetzt, wo wir die Funkverbindung getestet haben!

Anwendungsbereiche des RC-RICK-868

Im vorherigen Beispiel haben wir eine Verbindung zwischen einem Sensor "im Feld" und einer Basisstation hergestellt, um Messwerte vom Sensor zu übertragen. Ein anderer möglicher Anwendungsfall wäre der Aufbau einer Fernsteuerung. Die Entfernung zwischen diesen beiden Knoten kann von einigen Metern bis zu mehreren Kilometern reichen.
 
Der RC-RICK-868 hat auch die Möglichkeit, die Funkübertragung mit AES zu verschlüsseln. Während die Verschlüsselung für unsere Tests nicht notwendig war, könnte dies für einige Anwendungen eine großartige Funktion sein.

Künftige Entwicklungen und andere Anwendungen

Die von Radiocontrolli vorprogrammierten Module RC-RICK-868 bauen auf einem anderen Modul desselben Herstellers auf: dem RC-WLE5-868. Im Gegensatz zum RC-RICK-868 erfordert das RC-WLE5-868 eine individuelle Programmierung. Es kann zum Beispiel verwendet werden, um ein LoRaWAN-Gerät zu erstellen, das mit The Things Network (TTN) verbunden ist. Radiocontrolli informierte uns über die laufenden Bemühungen, Softwarebeispiele zu entwickeln, die auf ihrer Website zugänglich sein werden.
 
Additionally, they will be introducing 433MHz versions (RC-WLE5-433 and RC-RICK-433). This will give more possibilities for the user, depending on Zusätzlich wird 433MHz-Versionen eingeführt (RC-WLE5-433 und RC-RICK-433). Dies gibt dem Benutzer mehr Möglichkeiten, je nachdem, welche ISM-Bänder in verschiedenen Regionen verfügbar sind.
 
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Module zwar die entsprechende Hardware an Bord haben, um als LoRaWAN-Geräte konfiguriert zu werden, diese sind jedoch nicht für die Verwendung als LoRaWAN-Gateways konzipiert.

Fazit

Alles in allem ist dieses LoRa-Evaluierungskit eine überzeugende Ergänzung zu dem Toolkit. Das herausragende Merkmal ist, dass die beiden Module für eine nahtlose serielle Punkt-zu-PunktKommunikation vorprogrammiert sind, was den Entwicklungsprozess erheblich vereinfacht. Mit einem Preis von 78 € + MwSt. für die beiden USB-Dongles und die Antennen ist es vielleicht nicht das günstigste LoRa-Kit auf dem Markt. Dennoch ist die Bequemlichkeit, alle wesentlichen Komponenten in einem einzigen Paket zu erhalten, sicherlich wertvoll.

Die RC-RICK-868 modules können auch einzeln zu einem Preis von ca. 16 € + MwSt. pro Stück erworben werden. Wenn man sich für den Einzelkauf entscheiden und einen eigenen USB-Seriell-Wandler und Antennen beschafft, könnte dies eine kostengünstigere Alternative darstellen.