Automatyka i Robotyka
Start
LoRa
LoRaWAN
Meshtastic i MeshCore
Podstawy technologii, zastosowania, porównanie oraz przykładowe urządzenia
1. LoRa, LoRaWAN i LPWAN - podstawowe pojęcia
LoRa -(od ang. Long Range) to technologia bezprzewodowej komunikacji radiowej o dalekim zasięgu (kilkanaście km) zwykle w pasmach ISM; w Europie najczęściej EU868 i niskim zużyciu energii, wykorzystuje modulację radiową CSS (Chirp Spread Spectrum), co zapewnia wysoką odporność na zakłócenia.
LoRaWAN - protokół MAC i warstwa sieciowa budowana na radiu LoRa; definiuje sposób transmisji, format komunikatów, klasy urządzeń i bezpieczeństwo.
LPWAN - Low Power Wide Area Network: sieć dla małych porcji danych, dużego zasięgu i bardzo niskiego poboru energii.
Typowe dane - pomiary temperatury, wilgotności, energii, stanu zaworu, lokalizacji, alarmu lub poziomu cieczy.
Ograniczenie kluczowe - mała przepływność i rygor czasów nadawania; nie jest to technologia do transmisji audio, obrazu ani dużych plików.
2. Architektura LoRaWAN
Urządzenie końcowe nadaje krótkie ramki uplink; bramka przekazuje pakiety radiowe do serwera przez IP.
Bramka nie interpretuje sensu danych aplikacyjnych - działa jak most RF/IP.
Network Server zarządza duplikatami, potwierdzeniami, ADR, bezpieczeństwem sieciowym i przekazaniem danych do aplikacji.
3. Klasy urządzeń LoRaWAN i parametry radiowe
|
Klasa |
Charakter pracy |
Zaleta |
Typowe użycie |
|
A |
Urządzenie samo inicjuje uplink; po transmisji otwiera krótkie okna downlink. |
Najniższy pobór energii. |
Czujniki bateryjne, liczniki, telemetryka. |
|
B |
Dodatkowe okresowe okna odbioru synchronizowane beaconami. |
Bardziej przewidywalny downlink. |
Sterowanie z akceptowalną latencją. |
|
C |
Odbiornik prawie stale aktywny poza czasem nadawania. |
Najniższa latencja downlink. |
Urządzenia zasilane sieciowo, aktuatory. |
EU868: w Polsce należy dobrać urządzenia i konfigurację do europejskiego planu częstotliwości.
Spreading Factor, szerokość pasma i coding rate tworzą kompromis: zasięg oraz odporność kontra czas zajęcia kanału.
Dla pasma europejskiego typowo trzeba uwzględniać ograniczenia duty cycle; TTN podaje zalecenie 1% w paśmie europejskim.
4. Zastosowania LoRaWAN
|
Obszar |
Przykłady |
|
Smart city |
parkowanie, oświetlenie, kosze, czujniki środowiskowe, monitoring infrastruktury |
|
Rolnictwo |
wilgotność gleby, pogoda lokalna, zbiorniki, pompy, stacje agrometeorologiczne |
|
Energetyka i media |
liczniki, monitoring transformatorów, alarmy otwarcia szaf, detekcja zalania |
|
Przemysł |
telemetria z obiektów rozproszonych, proste stany I/O, monitorowanie warunków pracy |
|
Logistyka |
trackery aktywów, palety, kontenery, sprzęt terenowy |
|
Edukacja |
laboratoria IoT: czujnik - bramka - serwer - aplikacja - wizualizacja danych |
4. Meshtastic - idea i użycie od strony użytkownika
Idea - otwarta, zdecentralizowana łączność mesh oparta o LoRa, bez wymogu Internetu i infrastruktury operatora.
Uruchomienie - wgranie firmware, wybór regionu EU868, sparowanie z telefonem przez Bluetooth albo połączenie USB/Wi-Fi.
Praca użytkownika - kanały, wiadomości tekstowe, pozycja GPS, lista węzłów, podstawowa telemetria urządzenia.
Retransmisja - urządzenia mogą przekazywać pakiety dalej, z ograniczeniem liczby przeskoków i ustawieniami radiowymi.
Atuty - łatwy start, duża społeczność, wiele gotowych płytek, aplikacje mobilne, dobra baza edukacyjna.
Ryzyka - przeciążenie kanału przy zbyt częstym nadawaniu, nieoptymalne anteny, błędne ustawienie regionu, zbyt wysokie oczekiwania co do przepływności.
5. MeshCore - idea, role i użycie od strony użytkownika
Idea - bezpieczna, zdecentralizowana platforma mesh oparta o LoRa, ukierunkowana na łączność off-grid i odporność komunikacji.
Uruchomienie - wgranie firmware przez konfigurator, wybór urządzenia i roli, połączenie z aplikacją lub obsługa urządzenia samodzielnego.
Companion - węzeł użytkownika podłączany do telefonu/komputera; wysyła i odbiera wiadomości, ale typowo nie buduje szkieletu retransmisyjnego.
Repeater - węzeł infrastrukturalny zwiększający zasięg i stabilność sieci.
Room Server - mechanizm komunikacji grupowej typu BBS; przechowuje historię wiadomości i udostępnia ją użytkownikom po połączeniu.
MeshOS - wariant dla urządzeń samodzielnych z ekranem/klawiaturą, bez konieczności stałego użycia telefonu; licencja jednorazowa według strony projektu.
Komentarz prowadzącego: W porównaniu z Meshtastic MeshCore mocniej porządkuje role węzłów. To zaleta w sieciach budowanych świadomie: companion dla użytkownika, repeater na wysokim punkcie, room server dla komunikatów grupowych.
6. Sieć mesh - zasada działania
Każdy przeskok radiowy zwiększa szansę dostarczenia wiadomości poza zasięg pojedynczego łącza, ale zużywa czas antenowy.
W praktycznej instalacji najważniejsze są: lokalizacja repeatera, antena, zasilanie, obudowa, odporność na warunki atmosferyczne i dyscyplina ruchu.
Nie należy traktować mesh LoRa jako zamiennika sieci komórkowej - to warstwa krótkich komunikatów, alarmów i koordynacji.
7. Meshtastic i MeshCore - główne różnice
|
Kryterium |
Meshtastic |
MeshCore |
|
Cel projektu |
Prosta, popularna łączność tekstowa i lokalizacyjna off-grid dla społeczności użytkowników. |
Lżejszy, bardziej uporządkowany system mesh z naciskiem na role węzłów, repeatery i scenariusze infrastrukturalne. |
|
Model użytkownika |
Telefon/komputer łączy się z radiem; użytkownik pracuje głównie w aplikacji Meshtastic. |
Telefon/komputer łączy się z companion node lub użytkownik korzysta z urządzenia standalone/MeshOS. |
|
Role węzłów |
Klient, router/repeater i inne tryby zależne od konfiguracji Meshtastic. |
Companion, Repeater, Room Server; rola jest zwykle wybierana przez odpowiedni firmware. |
|
Retransmisja |
Szeroko stosowany mechanizm przekazywania w mesh z parametrem hop limit. |
Repeater przekazuje pakiety do celu; companion typowo nie retransmituje cudzych pakietów. |
|
Komunikacja grupowa |
Kanały Meshtastic, wiadomości tekstowe, pozycje GPS, telemetryka. |
Wiadomości bezpośrednie oraz room server jako rodzaj BBS z historią wiadomości. |
|
Ekosystem |
Bardzo duża społeczność, dokumentacja, liczne urządzenia i poradniki. |
Ekosystem dynamicznie rosnący; mniejszy, ale nastawiony na uporządkowaną infrastrukturę. |
|
Bezpieczeństwo |
Szyfrowane kanały i klucze konfiguracyjne; bezpieczeństwo zależy od zarządzania kanałami. |
Projekt deklaruje E2E encryption i większy nacisk na klucze/użytkowników; nadal wymaga poprawnej administracji. |
|
Najlepsze użycie |
Szybka łączność terenowa, edukacja, wyprawy, lokalne społeczności, pierwsze eksperymenty LoRa mesh. |
Sieci lokalne z repeaterami, komunikacja awaryjna, room server, urządzenia standalone i bardziej świadome planowanie topologii. |
8. LoRaWAN kontra Meshtastic/MeshCore - kiedy co wybrać?
|
Scenariusz |
Najlepszy wybór |
Uzasadnienie |
Uwaga projektowa |
|
Setki czujników środowiskowych |
LoRaWAN |
Centralna obsługa urządzeń, serwer sieciowy, integracja z aplikacją. |
Wymaga bramki i poprawnej rejestracji urządzeń. |
|
Zespół terenowy bez GSM |
Meshtastic lub MeshCore |
Komunikaty tekstowe i lokalizacja między użytkownikami. |
Wymaga dyscypliny nadawania i dobrych anten. |
|
Laboratorium IoT |
LoRaWAN + Meshtastic |
Można porównać model bramkowy i mesh na tych samych zjawiskach radiowych. |
Dobry temat ćwiczeń z protokołów i pomiaru RSSI/SNR. |
|
Komunikacja awaryjna lokalnej społeczności |
MeshCore/Meshtastic |
Brak zależności od Internetu; repeatery mogą budować lokalne pokrycie. |
Nie zastępuje służbowych systemów łączności krytycznej. |
|
Sterowanie aktuatorami w obiekcie |
LoRaWAN Class C lub inne technologie |
Downlink i niezawodność sterowania wymagają ostrożnego projektu. |
Dla sterowania krytycznego rozważyć przewodowe lub komercyjne systemy radiowe. |
Decyzja nie powinna zaczynać się od „które urządzenie kupić”, tylko od modelu komunikacji: telemetryka do serwera czy rozmowa użytkownik-użytkownik.
8. Przykładowe urządzenia LoRaWAN i ceny
|
Urządzenie |
Charakterystyka |
Zastosowanie |
Cena brutto |
Źródło |
|
SenseCAP LoRaWAN Starter Kit |
bramka SenseCAP M2 + zestaw czujników i Xiao ESP32-S3 |
nauka LoRaWAN, szybki start laboratoryjny |
609,00 zł |
Botland |
|
Dragino LHT65N |
czujnik temperatury i wilgotności LoRaWAN, bateria 2400 mAh |
telemetria środowiskowa |
219,00 zł |
Botland |
|
Dragino LWL02 EU868 |
czujnik zalania LoRaWAN |
alarm techniczny, monitoring pomieszczeń |
99,90 zł |
Botland |
|
Arduino MKR WAN 1310 |
płytka SAMD21 z LoRa/LoRaWAN |
prototypowanie IoT, dydaktyka |
242,49 zł |
Kamami |
|
M5Stack Atom DTU LoRaWAN EU868 |
moduł komunikacyjny STM32WLE5 |
proste bramkowanie danych i testy |
99,00 zł |
Botland |
|
WisGate Edge Lite 2 Europe |
wewnętrzna bramka LoRaWAN Ethernet/Wi-Fi/LTE |
profesjonalniejsza infrastruktura |
ok. 1400 zł |
Botland |
Ceny są orientacyjne. Przed zakupem należy sprawdzić dostępność, wersję częstotliwościową EU868, rodzaj anteny, zgodność CE oraz możliwość integracji z wybranym serwerem LoRaWAN.
9. Przykładowe urządzenia Meshtastic/MeshCore i ceny
|
Urządzenie |
Charakterystyka |
Zastosowanie |
Cena brutto |
Źródło |
|
Heltec WiFi LoRa 32 V3 868 MHz |
ESP32-S3, SX1262, OLED; popularna płytka startowa |
najtańsze eksperymenty, zajęcia laboratoryjne |
ok. 100-120 zł |
Mikrobot / Allegro |
|
Wio Tracker L1 |
nRF52840, SX1262, GPS L76K, OLED, Grove, Meshtastic |
węzeł mobilny i prototyp IoT |
159,00 zł |
Botland |
|
SenseCAP Card Tracker T1000-E |
lokalizator GNSS, Bluetooth, LoRa, format karty |
śledzenie osób/sprzętu, wyprawy |
219,00 zł |
Botland |
|
WisMesh Tag RAK Wireless |
tracker GPS IP66, nRF52840, SX1262, akumulator 1000 mAh |
teren, logistyka, koordynacja zespołu |
354,00 zł |
Botland |
|
SenseCAP Solar Node P1 |
węzeł solarny LoRa Meshtastic, panel 5 W |
repeater/punkt terenowy |
349,00 zł |
Botland |
|
LILYGO T-Beam V1.2 868 MHz |
ESP32, GPS NEO-6M, LoRa SX1276, OLED, koszyk 18650 |
mobilny węzeł z GPS |
217,51-297,59 zł |
Kamami / Mikrobot |
Do celów dydaktycznych najwygodniejsze są płytki z USB-C, ekranem i zewnętrzną anteną. Do pracy terenowej lepsze są obudowy IP, akumulator i możliwość zasilania solarnego.
10. Wnioski końcowe
LoRaWAN najlepiej wybrać tam, gdzie dane mają trafiać z wielu czujników do aplikacji serwerowej.
Meshtastic jest najprostszą drogą do praktycznego pokazania komunikacji tekstowej LoRa mesh bez Internetu.
MeshCore jest interesujący tam, gdzie sieć ma mieć wyraźnie zdefiniowane role: użytkownik, repeater, room server.
Hardware należy dobierać pod pasmo EU868, jakość anteny, pobór energii, rodzaj obudowy i sposób zasilania.
Metodyka zajęć powinna obejmować nie tylko konfigurację, lecz także pomiary radiowe, ograniczenia prawne, analizę payloadu i bezpieczeństwo kluczy.
LoRa daje daleki zasięg, ale płaci się za to małą przepływnością i koniecznością dyscypliny radiowej.
11. Wybrane materiały WWW
LoRa Alliance - What is LoRaWAN Specification: https://lora-alliance.org/about-lorawan-old/
The Things Network - What are LoRa and LoRaWAN?: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/what-is-lorawan/
The Things Network - EU863-870 / EU868 regional parameters: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/regional-parameters/eu868/
Meshtastic - Introduction: https://meshtastic.org/docs/introduction/
Meshtastic - Getting Started: https://meshtastic.org/docs/getting-started/
Meshtastic - Supported Hardware: https://meshtastic.org/docs/hardware/devices/
MeshCore - official site: https://meshcore.co.uk/
MeshCore - GitHub repository: https://github.com/meshcore-dev/MeshCore
MeshCore - MeshOS standalone devices: https://meshcore.co.uk/meshos.html
MeshCore FAQ - roles Repeater and Room Server: https://github.com/meshcore-dev/MeshCore/blob/main/docs/faq.md
Botland - Meshtastic category: https://botland.com.pl/1865-meshtastic
Botland - MeshCore category: https://botland.com.pl/1864-meshcore
Kamami - Meshtastic category: https://kamami.pl/15895-meshtastic
Pobierz LoRaWAN_Meshtastic_MeshCore_prezentacja
Prezentacja (audio)
Polecane zakupy:
Heltec LoRa 32 V3 z obudową 868MHZ ESP32 115zł 
SenseCAP Solar Node P1-Pro 480zł (repeater)
- Autor: admin
- Nadrzędna kategoria: Pracownicy
- Kategoria: dr inż. Janusz Tykocki
Warsztaty 2025
Warsztaty elektroniczne - projekty z symulacją działania układów online.
Prowadzący: dr inż. Ewa Piotrowska, dr inż. Janusz Tykocki
1. Migająca dioda
Wykorzystanie układu scalonego NE555 jako generatora astabilnego sterującego diodą LED.
Rys. 1.1
Częstotliwość tego przebiegu będzie zależna od dobranych rezystancji Ra i Rb oraz pojemności C, zgodnie z zależnością:
W tym trybie, poprzez dobieranie odpowiednich wartości elementów możemy także zmieniać współczynnik wypełnienia przebiegu na wyjściu (pinie nr 3), zgodnie z zależnością:
Rys. 1.2
Rys. 1.3 Rys. 1.4
Timer NE555 - charakterystyka ogólna
Timer NE555 jest układem scalonym ogólnego przeznaczenia, który ma szerokie spektrum zastosowań – w oparciu o niego można zbudować układy elektroniczne przeznaczone zarówno do zabawek, domowych urządzeń elektrycznych, pojazdów mechanicznych, jak i do promów kosmicznych. Jego konstrukcja umożliwia pracę w trzech trybach podstawowych – generatora monostabilnego, generatora astabilnego i przerzutnika bistabilnego. Projektantem układu scalonego NE555 był szwajcarski inżynier Hans Rudolph Camenzind (1934–2012).
Timer NE555 - schemat blokowy i układ wyprowadzeń
Na Rys. 1.5 przedstawiono uproszczony schemat blokowy timera 555 z uwzględnieniem kluczowych bloków tworzących ten układ.
Rys. 1.5 – uproszczony schemat blokowy timera 555:
Legenda:
A – wejściowy dzielnik rezystorowy 3x 5kΩ;
B – komparator napięcia górnego progu zadziałania;
C – komparator napięcia dolnego progu zadziałania;
D – przerzutnik SET/RESET;
E – wtórnik wyjściowy;
F – tranzystor rozładowujący obwód czasowy
Układ czasowy NE555 zawiera w swojej strukturze 23 tranzystory (bipolarne w wykonaniu TTL lub polowe w wykonaniu CMOS), a także diody i rezystory. Podstawowymi elementami funkcjonalnymi układu czasowego NE555 są: dzielnik rezystorowy napięcia, komparatory i przerzutnik SR. Zadaniem komparatorów jest porównywanie napięć na wejściach odwracających i nieodwracających. Jeśli napięcie na wejściu nieodwracającym komparatora jest wyższe niż na wejściu odwracającym, komparator wystawia na wyjściu stan wysoki. Ponieważ komparatory mają wysoką rezystancję wejściową, na każdym z trzech rezystorów tworzących wejściowy dzielnik napięcia napięcie będą podzielone po równo. Natomiast przerzutnik SR jest swego rodzaju pamięcią jednobitową. Kiedy wejście S jest w stanie wysokim, na wyjściu przerzutnika jest stan wysoki. Natomiast kiedy wejście R jest w stanie wysokim, na wyjściu przerzutnika jest stan niski.
Rys. 1.6 – wyprowadzenia układu scalonego NE555 w obudowie typu DIL8
Na Rys. 1.6 przedstawiono schemat wyprowadzeń układu scalonego NE555 w standardowej obudowie plastikowej typu DIL8.
Poszczególne wyprowadzenia mają następujące funkcje:
1 – GROUND – masa zasilania;
2 – TRIGGER – podanie na ten pin krótkiego impulsu ze stanu wysokiego na niski wyzwala timer;
3 – OUTPUT – wyjście impulsów;
4 – RESET – zwarcie tego pinu do masy (podanie stanu niskiego) resetuje układ;
5 – CONTROL VOLTAGE – podając na ten pin zewnętrzne napięcie sterujące, możemy zmienić progi napięć zadziałania wewnętrznych komparatorów;
6 – THRESHOLD – kiedy napięcia na tym pinie przekracza ⅔ napięcia zasilania, na pinie nr 3 zanikają impulsy;
7 – DISCHARGE – kolektor (w wersji CMOS: dren) tranzystora rozładowującego obwód czasowy;
8 – POWER SUPPLY (VCC) – napięcie zasilania (od +5V do +15V względem potencjału pinu nr 1)
2. Sterowanie automatem zmierzchowym za pomocą fotorezystora
Do realizacji projektu wykorzystano dzielnik napięcia złożony z fotorezystora, którego wartość rezystancji maleje wraz ze wzrostem natężenia padającego na niego światła i rezystora. Napięcie z dzielnika podawane jest na bramkę tranzystora bipolarnego typu npn (np. BC107) pracującego w układzie wspólnego emitera.
Rys. 2.1
Fotorezystor GL5537-1 o rezystancji jasnej 20-30 kΩ i ciemnej 2 MΩ, mocy 100 mW i wymiarach 5x2 mm. Napięcie maksymalne do 150 V, natomiast temperatura pracy wynosi od -30°C do +70°C. Fotorezystor jest to element światłoczuły, którego rezystancja zmniejsza się pod wpływem padającego promieniowania i nie zależy od kierunku przyłożonego napięcia, podobnie jak rezystancja zwykłego rezystora.
Rys. 2.2
Rys. 2.3
- Autor: admin
- Kategoria: Prezentacja