LoRaWAN

Ein Erfahrungsbericht

ZIEL

Ich wollte schon lange das Ladenburger Freibad mit einem Wassertemperatursensor ausstatten. Mit der LoRaWAN Technik habe ich endlich etwas einfaches und passendes gefunden.

Sensor

Der Wassersensor ist ein "Dragino LSN50 Wasserdichter kabelloser LoRa Fern-Sensor Node 868 MHZ" mit einem "DS18B20 Temperatursensor". Achtung, das LoRa Gehäuse wird als "wasserdicht" beworben, aber bei einem Preis von ca. 60€ inkl. Versand kann man sich schon denken, daß das optimistisch ist. Das kann ich aus praktischer Erfahrung bestätigen :-)

Gateway

Nach kurzer Recherche fand ich eine Lösung, die ohne Löten und fliegende SPI Verdrahtung auskommt. Der von mir verwendete Concentrator hat einen USB Anschluss, und kann daher leicht an einem PC oder Notebook ausprobiert werden. Das Gateway soll per WLAN ans Internet angebunden werden.

Aus unten gelisteten Komponenten kann man leicht innerhalb von 1-2 Stunden ein LoRa Gateway zum Preis von ca. 169€ (inkl. Versand, aber noch plus Antenne!) bauen.

Das günstigste Gateway, daß ich gefunden habe ist ein Dragino LG308 Indoor LoRaWAN Gateway für ca. 190€ plus Versand, es hat auch noch eine kleine Indoor-Gummiantenne dabei. Angesichts des Preisunterschieds lohnt es eigentlich nicht wirklich, ein Gateway noch selbst zu bauen.

Hinweis: die günstigen Dragino 1 oder 2-Kanal Gateways für ~70€ lauschen nur auf einer Frequenz UND Modulationsart (z.B. SF7BW125 auf 867,5 MHz). Man muss also alle seine Sensoren fest auf genau diese Einstellungen programmieren. Das geht durchaus (zumindest bei den Dragino Sensoren) und ist z.B. für Hausautomation ausreichend. Allerdings empfängt man damit praktisch nur die eigenen Sensoren und keine anderen.

Einkaufsliste

Von Reichelt kommen folgende Komponenten:

  • 1x Raspberry PI Zero W 15,00€
  • 1x EuroBox SW Kleingehäuse, 135 x 95 x 45 mm 2,90€
  • 1x DELOCK 83570 USB 2.0 Kabel, Micro B Stecker auf Micro B Stecker, 0,3 m 5,00€
  • 1x TS8GUSDHC10U1 MicroSDHC-Speicherkarte 8GB 6,50€
  • (Option für LAN Anschluss: 1x USB LAN Adapter, 1x 2-Port USB Hub, stärkeres Netzteil 1,5A)
  • Ein USB Netzteil (1A - ca. 250mA Pi Zero + ca. 500mA Concentrator + Reserve) hatte ich noch von einem alten Handy im Fundus zuhause übrig.

zusammen: 29,40€ + 5,60€ Versand

Bei www.n-fuse.co habe ich den LoRa Concentrator bestellt:

  • 1x n-fuse SX1308 Concentrator Card LRWCCx-MPCIE 92,50€ + MwSt. (Hinweis: Es gibt eine Variante mit höherer Empfangsempfindlichkeit mit SX1301 Chip für 105,50€ + MwSt.)
  • 1x Mini PCIe to USB Adapter 14,00€ + MwSt
  • 1x SMA to U.FL Pigtail 10cm 1,00€ + MwSt
  • (ggfs. günstige Antennen-Option: 1x 868 Mhz, 3 dBi Rubber Antenna 3,50€ + MwSt)

zusammen: 127,93€ inkl MwSt. + 4,94€ Versand

Antenne (günstige Version)

Bei n-fuse kann man eine Indoor Gummiantenne für 3,50€ mitkaufen. Ich habe mich aber für eine günstige Stabantenne von Amazon entschieden. Bei 868MHz beträgt die Wellenlänge 35cm - diese Antenne ist etwa so lang und hat noch ca. 1m Anschlusskabel dabei. Das ist eigentlich eine Indoor Antenne, aber ich habe sie draußen montiert. Dazu habe ich ein Loch an einer unauffälligen Stelle in einen Holz-Fensterrahmen gebohrt und das Antennenkabel durchgeführt. Alternativ kann man auch eine Fenster-Antennendurchführung (50Ω) kaufen.

10,29€ + Versand

Antenne (teure Version)

Mittlerweile habe ich eine Ground-Plane Antenne (Tipp von https://stefan.schultheis.at/2017/empfehlung-lora-outdoor-antenne/) bei Voelkner ausgesucht:

  • Q07952 Aurel GP 868 Ground Plane Antenne 39,95€
  • Y884671 Telegärtner SMA-Steckverbinder Stecker, gerade 50Ω J01150A0641 7,74€
  • (Alternativ: W34814 BKL Electronic 0409095 SMA-Adapter SMA-Stecker- F-Buchse 2,68€)

zusammen: 47,69€ + Versand

Von der Antenne schneide ich den F-Stecker ab und mache stattdessen den SMA Stecker dran, der o.g. muss verlötet und gecrimpt werden.

Im Netz findet man auch Anleitungen, wie man sich eine Groundplane Antenne selbst basteln kann.

Zusammenbau

Im Prinzip habe ich folgende Anleitung nachgebaut: https://thomasflummer.com/projects/lora-gateway/

In der SystemD Service Datei "pkt_forward.service" habe ich aber noch die Zeile "User=pi" in der "[Service]" Sektion hinzugefügt, damit der Packet Forwarder Prozess nicht als root läuft.

PI Zero Inbetriebnahmetipp: Im Netz findet man Anleitungen wie man dem PI das WLAN schon vor dem Start bekannt macht sowie den SSH Zugang aktiviert!

Das Gateway sollte nicht ohne Antenne in Betrieb genommen werden. Falls ohne Antenne mal ein Telegramm empfangen wird und das Gateway antwortet, wird die Sendeenergie in den Concentrator zurückreflektiert und kann ihn beschädigen.

Zur besseren Wärmeabfuhr habe ich das Gehäuse des USB to PCIe Adapters weggelassen. Der Concentrator wird ganz schön warm...

Leider habe ich den Concentrator mit Heißkleber im Gehäuse befestigen müssen, da ich keine Möglichkeit gefunden habe beide Komponenten an einer Gehäusehälfte anzuschrauben. Ausserdem hat der USB to PCIe Adapter keine Befestigungsbohrungen :-( Der PI ist mit einer kleinen Schraube befestigt.

Idee für Nachbauer: Vielleicht kann man den Concentrator an der einen Gehäusehälfte anschrauben/kleben und den PI an der anderen, das müsste passen.

Das zusammengebaute Gateway

Fazit

6.7.2019: Momentan läuft das Gateway mit der Amazon Stabantenne, die draußen auf dem Dachbalkon montiert ist. Es ist ein großer Unterschied, ob die Antenne draußen oder drinnen montiert ist! Innen unter dem Dach empfing mein Gateway wenige Telegramme pro Tag, außen mehrere Hundert! Damit empfängt das Gateway sogar die Sensoren im Ladenburger Freibad, die Luftlinie 1,78km entfernt sind. Allerdings senden sie auf der langsamsten Modulation (SF12BW125).

Update 13.8.2019: Die Groundplane Antenne bringt in meinem Setup keinen allzugroßen Vorteil. Was viel mehr ausmacht, ist ein möglichst hoher Montageort ausserhalb des Hauses. Meine Empfehlung wäre daher: die günstige 10€ Antenne tuts völlig, und das gesparte Geld ggfs. in den Kauf eines wetterfesten Gehäuses investieren damit die Antenne hoch auf dem Dach montiert werden kann.

Links

Hier ist das GW im TTN Mapper: https://ttnmapper.org/colour-radar/?gateway=3338333046003D00&type=radar&hideothers=on

Und hier der in Opensensemap eingebundene Wassertemperatursensor: https://opensensemap.org/explore/5ce8fc3f30705e001ab223e7

Hinweise

Der Text wurde am 6.7.2019 geschrieben. Die angegebenen Preise stammen aus dieser Zeit und können sich natürlich ändern.