ESP32 LoRa: Você pode alcançar até 6,5 km !: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

6,5km! Este foi o resultado de um teste de transmissão que realizei com ESP32 OLED TTGO LoRa32 e hoje irei discutir isso com você. Como o modelo que usei originalmente tinha uma antena que considero ruim, optei por usar outro modelo de antena com ganho de 5 dB no teste. Portanto, além de falar sobre o escopo que tivemos com nosso teste, discutiremos as causas da perda de potência do sinal. Também avaliaremos qualitativamente as influências ambientais (terreno, obstáculos e outros) ao receber este sinal.

Etapa 1: Recursos usados

• 2 Módulos ESP32 OLED TTG LoRa32

• 2 antenas UHF 5/8 de onda 900MHz - AP3900

• 2 fontes de alimentação portáteis de 5 V

(Bateria com regulador de tensão ajustável)

Uma folha de dados da antena é mostrada por meio do link:

www.steelbras.com.br/wp-content/uploads/201…

Este segundo link é para aqueles que me pediram sugestões sobre onde comprar antenas:

Antenas

www.shopantenas.com.br/antena-movel-uhf-5-8…

Montagem da antena:

www.shopantenas.com.br/suporte-magnetico-preto-p--antena-movel/p

***** "Atenção, mudamos o conector de fábrica para um SMA macho para conectar com o rabicho"

Etapa 2: Antenas

Nessas imagens, mostro o datasheet da antena e seu gráfico de desempenho.

• Também usamos duas antenas de onda UHF 5/8 móveis de 900 MHz

• Uma das antenas foi colocada no teto do carro e a outra estava no transmissor

Etapa 3: teste de alcance

Em nosso primeiro teste, alcançamos um alcance de sinal de 6,5 km. Colocamos uma das antenas no topo de um prédio, no ponto C, e caminhamos 6,5km em uma área urbana que se tornou cada vez mais rural. Destaco que no meio da viagem, em vários momentos, perdemos o sinal.

Por que isso ocorre? Porque temos influências topológicas, que são as características do espaço percorrido em relação às mudanças geográficas. Um exemplo: se tivermos uma colina no meio da estrada, ela não será cruzada por nosso sinal e teremos um sinal de falha.

Lembro que isso é diferente de quando você usa um LoRa em um raio de 400 metros, porque seu alcance é bastante alto neste espaço, com capacidade de atravessar paredes, por exemplo. Conforme a distância aumenta, obstáculos podem causar interferência.

Etapa 4: Segunda Experiência

Fizemos um segundo teste e, desta vez, em vez de deixar uma antena no topo de um prédio, ela estava no nível do solo acima de um portão. Coloquei a segunda antena no carro e comecei a dirigir. O resultado foi um alcance na faixa de 4,7 km. Tanto esta distância quanto a primeira que registramos (6,5km) ultrapassaram as faixas expressas pela Heltec (projetada em 3,6km). É importante lembrar que usamos apenas os dois TTGO's alimentados por baterias por meio de reguladores de tensão.

Etapa 5: custo do link no banco de dados

O custo do link é um conceito muito interessante. Permite visualizar como será perdida energia durante a transmissão e onde exatamente as ações corretivas devem ser priorizadas para melhorar o link.

A ideia é medir quanto do sinal enviado deve chegar ao receptor, levando em consideração os ganhos e perdas do sinal no processo, ou:

Potência recebida (dB) = Potência transmitida (dB) + Ganho (dB) - Perda (dB)

Para um link de rádio simples, podemos identificar 7 partes importantes para determinar a potência recebida:

1 - A potência do transmissor (+) T

2 - As perdas da linha de transmissão para a antena (-) L1

3 - O ganho da antena (+) A1

4 - Perdas na propagação da onda (-) P

5 - Perdas por outros fatores (-) D

6 - O ganho da antena receptora (+) A2

7 - Perdas na linha de transmissão para o receptor (-) L2

Energia recebida = T - L1 + A1 - P - D + A2 - L2

Ao manter os valores em dBm e dBi, os gráficos podem ser somados e subtraídos diretamente. Para fazer esses cálculos, você pode encontrar calculadoras online que o ajudam a inserir os valores na expressão.

Além disso, alguns possuem referências sobre a atenuação de alguns cabos comerciais. Isso permite um cálculo mais fácil.

Você pode encontrar uma calculadora como esta em:

Etapa 6: Influência dos Obstáculos

Além de tomar as devidas precauções para evitar perdas nas partes integrantes dos circuitos do transmissor e do receptor, outro fator que não deve ser ignorado é a Linha Clear Vision entre o transmissor e o receptor.

Mesmo com a otimização da relação entre ganho e perda, obstáculos como prédios, telhados, árvores, morros, estruturas, entre outros, podem interromper o sinal.

Embora o cálculo leve em consideração a propagação da onda, ele pressupõe uma transmissão direta sem obstáculos.

Etapa 7: Teste Adicional

Este teste abaixo, que alcançou 800 metros, foi realizado mantendo o transmissor e a antena em uma pequena torre, marcada no mapa com a etiqueta “Transmissor”. Utilizando um receptor, foi executada a rota (em roxo) Os pontos marcados indicam pontos com boa recepção.

Verificamos os pontos usando um mapa topológico da região e, de fato, as altitudes são aproximadas. Os dados aparecem na imagem abaixo e podem ser acessados neste site:

Como mostra a foto abaixo, existe um vale praticamente sem obstáculos na região entre os dois pontos.

Etapa 8: Conclusão

Esses testes me deram mais confiança no LoRa, pois fiquei muito satisfeito com os resultados alcançados. Porém, ressalto que existem outras antenas que podem nos dar ainda mais potência de alcance. Isso significa que temos novos desafios para os próximos vídeos.