,Po przeanalizowaniu wyników prac badawczych nasuwają się następujące wnioski:,

,W tej części przedstawione zostaną wyniki badania jakości poszczególnych anten, polegające na sprawdzeniu zasięgu działania urządzenia, w którym zamontowana została dana antena,Do badania anteny nadawczej użyto układu bramka LoRa (na bazie płytki ewaluacyjnej B-L072Z-LRWAN1) - płytka nadawcza na bazie transmitera SX1279, pracujące na częstotliwości 868,0 MHz. W odbiorniku zastosowano antenę prosty drut „srebrzanka” o długości 85 mm - tak, aby była to antena 1/4 fali dla częstotliwości 868 MHz. Płytka nadawcza wysyłała pakiety testowe (40 bajtów) co 5 sekund. Bramka LoRa po odebraniu prawidłowego pakietu wysyłał go na interfejs komunikacyjny USART z dodatkowymi informacjami: z jakim poziomem sygnału ten pakiet został odebrany oraz jaki czas (w sekundach) upłynął od odebrania poprzedniego pakietu.,Testy przeprowadzono podobnie jak przy sprawdzaniu zasięgu w zależności od częstotliwości i parametrów modulacji: układ odbiorczy znajdował się na otwartym balkonie domku jednorodzinnego na poziomie 1 piętra. Układ nadawczy był przemieszczany (oddalany) na otwartej przestrzeni w linii prostej.,Jak widać z wyników – zgodnie z oczekiwaniami – najlepsza jest antena półfalowa. Anteny ćwierć falowe mają podobne zasięgi, choć widać, że niezgodność polaryzacji anten nadawczej i odbiorczej trochę pogarsza warunki pracy – antena „własnej” roboty wypadła trochę słabiej.,

,Antena w urządzeniu radiowym jest bardzo ważnym elementem i generalnie to ona decyduje o sile nadawania i jakości odbioru. Zazwyczaj nie da się odrobić strat mocy nadawania źle dobranej anteny poprzez zwiększanie mocy dostarczanej do anteny. Po stronie odbiorczej dobór anteny jest sprawą łatwiejszą, ale nie należy jej bagatelizować, gdyż odpowiednio kształtując antenę odbiorczą można zminimalizować niepożądane efekty, a przez to zwiększyć czułość całego odbiornika.,Urządzenie docelowe w swoich założeniach nie ma określonej orientacji w przestrzeni, należy więc założyć, żeby antena była jak najbardziej dookólna. Wiadomo też, że w urządzeniu tym będzie bateria i płytka z elektroniką. W badaniach nad doborem anteny będzie więc wykorzystana przykładowa bateria i płytka z elektroniką.,Do badania anteny nadawczej użyto układu bramka LoRa (na bazie płytki ewaluacyjnej B-L072Z-LRWAN1) - płytka nadawcza na bazie transmitera SX1279, pracujące na częstotliwości 868,0 MHz. Płytka nadawcza wysyłała krótkie pakiety co 5 sekund. Bramka LoRa po odebraniu pakietu wyświetlała na swoim wyświetlaczu poziom sygnału, z jakim odebrała pakiet i dodatkowo wysyłała te informacje na interfejs USART. W bramce LoRa zastosowano antenę prostą pionową o długości 85 mm – według obliczeń wynikających z zastosowanej częstotliwości. Odległość nadajnika od odbiornika wynosiła 7 metrów. Oba urządzenia znajdowały się w tym samym pomieszczeniu.,Badania anten polegały na dolutowywaniu do odbiornika danego przypadku anteny o długości większej niż wynikało to z obliczeń i skracaniu jej o takie same odcinki 1,0 mm, rejestrując poziom sygnału widziany przez odbiornik w trzech przypadkach: antena z dala od jakichkolwiek przedmiotów, antena umieszczona blisko wzdłuż baterii, antena umieszczona blisko wzdłuż płytki z elektroniką. Wszystkie anteny były wykonane z drutu typu „srebrzanka” o średnicy 0,7 mm.,Wnioski:,Jak widać najlepsza jest antena prosta i zgodnie z teorią lepsza jest 1/2 długości fali niż 1/4 długości fali. Jednak nie zawsze można ją zastosować – głównie chodzi o gabaryty. Emitowana moc maleje, jeśli w pobliżu pojawiają się duże przedmioty pochłaniające energię elektromagnetyczną, takie jak np. bateria. I decydującym czynnikiem jest tu objętość (a co za tym idzie ilość) czynnika pochłaniającego.,Jako antenę odbiorczą poddano badaniom antenę prostą o początkowej długości 100 mm (ok. 1/4 długości fali). W nadajniku wmontowano antenę o długości z największym uzyskiem, wynikającej z wcześniejszych badań.,Jak widać długość anteny odbiorczej nie ma już tak dużego wpływu na poziom odbieranego sygnału. Ale niestety odbija się to na selektywności, bo antena taka odbiera bardzo dużo sygnałów innych częstotliwości, które interferują z sygnałem głównym oraz innymi niepożądanymi. Dzięki temu sygnał użyteczny mimo, że dość mocny, może być też mocno zaszumiony i przed demodulacją trzeba go poddać selektywnemu filtrowaniu.,

,Dlatego, że docelowe urządzenie, w którym ma być zastosowany układ radiowy, będzie zasilane z baterii, należy tak dobrać sposób działania układu radiowego, żeby pobierał jak najmniej prądu, ale jednocześnie zapewniał poprawną komunikację na jak największej odległości.,Parametrem, jakim można tu regulować, to przede wszystkim moc nadajnika. Należy go ustawić na jak największą wartość, żeby uzyskać jak największy zasięg. Niestety za tym idzie zwiększenie energii pobieranej ze źródła zasilnia.,Drugim parametrem wpływającym na ilość potrzebnej energii do transmisji w modulacji LoRa jest szerokość pasma (BW). Co prawda Im jest ona większa, tym więcej informacji można przesłać w jednostce czasu, ale zmniejsza się wtedy czułość układu odbiorczego, a co za tym idzie zasięg.,Trzecim parametrem, od którego zależy moc pobierana ze źródła zasilania jest współczynnik kodowania LoRa Spread Factor. Określa on jak szybko jest przemiatana częstotliwość w zadanej szerokości pasma. Wpływa on na prędkość transmisji danych. Im jest on mniejszy, tym krócej trwa przesłanie danej paczki, a co za tym idzie mniej energii pobranej ze źródła zasilania. Jednak im większa prędkość, tym większą rolę odgrywają zakłócenia i spada realny zasięg poprawnej transmisji.,Do sprawdzenia zależności zasięgu od prędkości transmisji użyto pary urządzeń:,- płytkę endpoint na bazie transmitera SX1276 na pasmo 868 MHz jako nadajnik (prąd 24 mA przy mocy +10 dBm),- bramkę LoRa na bazie płytki ewaluacyjnej B-L072Z-LRWAN1 jako odbiornik,Wszystkie trzy badane transmitery (SX1276, SX1277, SX1279) pochodzą z tej samej rodziny i mają identyczne parametry elektryczne, więc nie ma sensu badanie ich wszystkich. Wybrany został właśnie SX1276.,Testy przeprowadzono podobnie jak przy sprawdzaniu zasięgu w zależności od częstotliwości i parametrów modulacji: układ odbiorczy znajdował się na otwartym balkonie domku jednorodzinnego na poziomie 1 piętra. Układ nadawczy był przemieszczany (oddalany) na otwartej przestrzeni w linii prostej. W obydwu urządzeniach zastosowano anteny proste 1/4 długości fali – 85 mm.,W badaniach przyjęto stały parametr CR o wartości 4/5.,Wnioski:,Jak widać mimo, że poziomy sygnałów dla danej odległości są bardzo podobne, to im większa prędkość transmisji tym mniejsza odległość, przy której transmisja dochodzi do skutku. Natomiast im większa prędkość transmisji tym mniej energii jest pobieranej ze źródła zasilania. Należy więc przy projektowaniu urządzeń zapoznać się z otoczeniem, w którym będą one używane – jakie odległości pomiędzy bramką a enpointami trzeba brać pod uwagę. I na tej podstawie zadecydować, czy ważniejszy jest zasięg, czy można pozwolić sobie na większą oszczędność energii kosztem utraty zasięgu.,Przy odbieraniu danych nie ma już możliwości regulacji pobieranej energii jak tylko czas włączenia modułu odbiorczego. Sposobem na taką regulację jest ustalenie odpowiedniego protokołu i konfiguracja samych urządzeń tak, żeby odbiornik i nadajnik włączały się w tym samym czasie i transmisja trwała jak najkrócej.,

,Testy w warunkach rzeczywistych były podobne do testów laboratoryjnych. Tzn. płytka Bezprzewodowej Anteny była zasilona również z zasilacza rejestrującego pobór prądu i codziennie zapisywano zużycie prądu z poprzedniej doby. Zasilacz z rejestracją prądu tak jak poprzednio, to urządzenie OTII firmy QOITECH, podłączone do komputera, na którym działał program zarządzający pracą tego urządzenia.,Dla zapewnienia warunków rzeczywistych stanowisko pomiarowe z urządzeniem BA umieszczono w pomieszczeniu znajdującym się na poddaszu budynku, w którym przeprowadzano testy. Warunki rzeczywiste polegają na tym, że urządzenie Bezprzewodowej Anteny umieszcza się jak najwyżej, żeby zapewnić dobrą komunikację modułu GSM z siecią. Jednak BA nie może być zbyt daleko od nadajnika, żeby była w stanie odbierać pakiety radiowe nadawane przez ten nadajnik.,Natomiast samo urządzenie BA umieszczono w wodoszczelnej obudowie, która w warunkach rzeczywistych ma umożliwić montaż BA w dowolnym miejscu – np. na ścianie wewnątrz budynku, czy na tablicy pod daszkiem na zewnątrz. Obudowa ta po założeniu pokrywki i przykręceniu jej śrubami, zapewnia zabezpieczenie przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi, panującymi na zewnątrz.,Dodatkowymi elementami są tu płytka z mikroswitchem, za pomocą którego wykrywane jest zdarzenie (sabotaż) otwarcia pokrywki oraz zewnętrzna antena radiowa do odbiornika radiowego – jej rola będzie omówiona poniżej.,Najpierw skonfigurowano urządzenie BA, wpisując numer monitorowanego urządzenia nadawczego nie występujący w otoczeniu, aby BA w każdej sesji nasłuchu włączała swój moduł radiowy na maksymalną ilość czasu. Każdego dnia o tej samej godzinie dokonywano odczytu prądu średniego z całej poprzedniej doby. Wyniki zebranych pomiarów są przedstawione w Tabeli nr 47.,Całkowity prąd średni wynosi: 44,7 [uA],Po zakończeniu tego testu przekonfigurowano urządzenie BA, wpisując prawidłowy nr urządzenia nadawczego i umieszczając to urządzenie w piwnicy w studzience wodociągowej z daleka od BA . Okazało się, że odległość pomiędzy nadajnikiem a BA oraz przeszkody w postaci betonowych stropów pomiędzy kondygnacjami spowodowały, że antena radiowa „on board” nie spełnia dobrze swojego zadania. Zamontowano więc na obudowie konektor antenowy i przykręcono antenę z lepszym uzyskiem, co spowodowało, że moduł radiowy BA zaczął ponownie dobrze widzieć pakiety nadawane przez nadajnik.,Pomiary dokonane w czasie testów w warunkach rzeczywistych przy prawidłowym odbieraniu pakietów przez BA przedstawiono w Tabeli nr 48.,Całkowity prąd średni wynosi: 43,8 [uA],Jak widać z tabel 47 i 48 prąd rzeczywisty bez nadajnika to 44,7 [uA] a z nadajnikiem to 43,8 [uA],Działania zostały uznane za dobre ponieważ, prototyp w warunkach rzeczywistych, odbierał informacje z jednego nadajnika w dwóch sesjach na dobę (trwających po 1 [min]), przy średnim poborze prądu mniejszym od 50[uA].,Testy Bezprzewodowego Koncentratora w warunkach rzeczywistych były podobne do testów Bezprzewodowej Anteny w warunkach rzeczywistych. Urządzenie BK było umieszczone w pomieszczeniu na poddaszu i zasilone z zasilacza z rejestracją prądu.,Urządzenie BK zostało wmontowane do obudowy zapewniającej zabezpieczenie przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi. Zamontowano też zewnętrzną antenę do odbioru fal radiowych nadawanych przez nadajniki, w celu poprawy zasięgu. Dodatkowym elementem jest płytka z mikroswitchem, za pomocą którego wykrywane jest zdarzenie (sabotaż) otwarcia pokrywki.,Również w czasie testów Bezprzewodowego Koncentratora w warunkach rzeczywistych, tak jak w pozostałych testach, prace podzielono na 2 etapy. W pierwszym etapie skonfigurowano BK tak, aby nie były odbierane pakiety i tym samym czas sesji nasłuchu radia był maksymalny – wpisano w konfiguracji numery nadajników takie które nie występują w najbliższym otoczeniu. I ponownie raz na dobę o tej samej godzinie dokonywano odczytu prądu średniego. Wyniki tych pomiarów są przedstawione w Tabeli nr 49.,Całkowity prąd

,Wykonano sześć płytek testowych, które pełniły rolę endpoint-ów: - na bazie transmitera SX1276 na pasmo 433 MHz - na bazie transmitera SX1276 na pasmo 868 MHz - na bazie transmitera SX1277 na pasmo 433 MHz - na bazie transmitera SX1277 na pasmo 868 MHz - na bazie transmitera SX1279 na pasmo 433 MHz - na bazie transmitera SX1279 na pasmo 868 MHz,W płytkach tych wykorzystano chipset sterujący (z rodziny STM32), za pomocą którego odpowiednio steruje się konfiguracją i funkcjami układów radiowych.,Jako bramkę LoRa zastosowano płytkę ewaluacyjną B-L072Z-LRWAN1 z dodatkowym wyświetlaczem LCD. Jest to gotowy układ z dobranymi przez producenta elementami, które są optymalne dla pracy w interesujących nas pasmach.,Parametry transmisji radiowej:,- f = 433,0 MHz oraz 868,0 MHz,- moc nadawania +10 dBm / 10,0 mW,- Szerokość pasma modulacji: 250 / 125 kHz,- Współczynnik kodowania LoRa (Spread Factor): SF7 / SF9,- Kodowanie nadmiarowe: 4/6,- Ustawienia modemu LoRa: CRC, HME,W płytkach endpoint jako antenę zastosowano prosty drut „srebrzanka” o długości dobranej tak, by była to antena ćwierć falowa. Dla częstotliwości 433 MHz była to długość 175 mm. Dla częstotliwości 868 MHz antena miała długość 85 mm. Bramka LoRa wysyłała krótkie pakiety testowe (40 bajtów) co 5 sekund i czekała na odpowiedź endpointa. Endpoint po odebraniu pakietu z bramki rejestrował siłę sygnału, z jaką odebrał ten pakiet i zwrotnie wysyłał do bramki pakiet z informacją o tej sile sygnału, z jaką słyszał bramkę. Po odebraniu pakietu bramka wyświetlała na swoim wyświetlaczu informację o sile z jaką odebrała sygnał z endpointa oraz poziom sygnału, z jakim enpoint odebrał pakiet z bramki. Bramka równolegle wysyłała te informacje na interfejs komunikacyjny USART. Jeśli po wysłaniu pakietu przez bramkę nie usłyszała ona pakietu z enpointa, to też taka informacja pojawiała się na ekranie bramki i była wysłana na interfejs USART.,Płytka bramki LoRa znajdowała się na otwartym balkonie domku jednorodzinnego na poziomie 1 piętra. Płytka enpointa była przemieszczana (oddalana) na otwartej przestrzeni w linii prostej.,Najpierw wykonywano pomiary dla obu częstotliwości - 433 MHz i 868 MHz dla ustawienia szerokości pasma 250kHz i Spread Factor SF7. Następnie zmodyfikowano program w chipsecie, żeby transmisja odbywała się przy szerokości pasma 125kHz oraz Spread Factor SF9. Celem takich ustawień było sprawdzenie, jak mocno w warunkach rzeczywistych wpływają one na zasięg transmisji. Niestety, żeby zachować takie same warunki trzeba było zastosować moc nadawania 10 mW, gdyż w pasmie 433 MHz nie wolno nadawać z większą mocą. Parametr Spread Factor też musiał zostać ograniczony do wartości SF9, gdyż dla transmitera SX1277 jest to maksymalna możliwa wartość.,Dla zachowania tych samych warunków w każdym przypadku zostało zarejestrowanych 100 prób transmisji wykonanych przez bramkę. W tym przypadku bezwzględna ilość poprawnych transmisji jest od razu ilością procentową.,Wnioski:,Z powyższych danych wynika, że bardzo podobnie zachowują się transmitery SX1279 i SX1276. Transmiter SX1277, zgodnie z oczekiwaniami wynikającymi z analizy parametrów katalogowych, poprzez swoją słabszą czułość układu odbiorczego ma mniejszy zasięg. Natomiast wyraźnie widać, że wszystkie transmitery lepiej pracują w pasmie 868 MHz mimo, że zgodnie z zasadami fizyki to pasmo 433 MHz powinno dawać większe zasięgi. Jest to spowodowane tym, że w pasmo 433 MHz jest o wiele bardziej „zaśmiecone” – jest jedynym wolnym pasmem dostępnym prawie na całym świecie i jest często wykorzystywane w pracy innych urządzeń, które powodują zwiększoną ilość zakłóceń. Generują je urządzenia powszechnego użytku, takie jak: zabawki zdalnie sterowane, piloty samochodowe, czujniki alarmowe bezprzewodowe, sterowanie automatyką, radiokomunikacja. Na częstotliwości 868 Mhz występowało dużo mniej zakłóceń. Zatem rzeczywisty zasięg dla pasma 433 MHz jest wyraźnie mniejszy niż dla częstotliwości 868 MHz.,Z tych danych widać wyraźnie, że lepsze do

,Testy laboratoryjne polegały na zasileniu płytki Bezprzewodowej Anteny z zasilacza rejestrującego pobór prądu i zapisywaniu codziennie zużycia prądu z poprzedniej doby. Zasilacz z rejestracją prądu to to urządzenie OTII firmy QOITECH, podłączone do komputera, na którym działa program zarządzający pracą tego urządzenia.,Program w postaci graficznej pokazuje aktualną wartość napięcia i pobieranego prądu. Dokładność pomiaru prądu to ±(1% + 0.5 µA), a dokładność pomiaru napięcia to ±(1% + 10 mV). W zakresie prądu ±19 mA częstotliwość próbkowania to 4 ksps, dla zakresu ±2.7 A częstotliwość próbkowania wynosi 1 ksps. Po zarejestrowaniu interesującego okresu, zaznacza się kursorami interesujący czas i program wtedy znajduje prąd minimalny i maksymalny oraz wylicza prąd średni.,Najpierw skonfigurowano urządzenie, wpisując numer monitorowanego urządzenia nadawczego nie występujący w otoczeniu, aby BA w każdej sesji nasłuchu włączała swój moduł radiowy na maksymalną ilość czasu. Każdego dnia o tej samej godzinie dokonywano odczytu prądu średniego z całej poprzedniej doby. Wyniki tych pomiarów są przedstawione w Tabeli nr 43.,Następnie przekonfigurowano BA, wpisując prawidłowy nr urządzenia nadawczego i umieszczając to urządzenie w pobliżu BA. Okazało się, że dla potrzeb tego testu antena radiowa „on board” całkiem dobrze pełni swoje zadanie – moduł radiowy dobrze widział pakiety nadawane przez nadajnik.,Całkowity prąd średni wynosi: 43,7 [uA],Jak widać z tabel 43 i 44 prąd rzeczywisty bez nadajnika to 44,6 [uA] a z nadajnikiem to 43,7 [uA],Działania zostały uznane za dobre ponieważ, prototyp w warunkach laboratoryjnych, odbierał informacje z jednego nadajnika w dwóch sesjach na dobę (trwających po 1 [min]), przy średnim poborze prądu mniejszym od 50[uA].,Tak jak w przypadku Bezprzewodowej Anteny testy Bezprzewodowego koncentratora podzielono na 2 etapy. W pierwszym etapie skonfigurowano BK tak, aby nie były odbierane pakiety i tym samym czas sesji nasłuchu radia był maksymalny. I ponownie raz na dobę o tej samej godzinie dokonywano odczytu prądu średniego. Wyniki tych pomiarów są przedstawione w Tabeli nr 45.,Całkowity prąd średni wynosi: 121,0 [uA],Następnie przekonfigurowano koncentrator tak, aby odbierał pakiety z dziesięciu umieszczonych w pobliżu nadajników.,I ponownie raz na dobę rejestrowano średni prąd dobowy.,Całkowity prąd średni wynosi: 115,7 [uA],Jak widać z tabel 45 i 46 prąd rzeczywisty bez nadajników to 121,0 [uA], a z 10 nadajnikami to 115,7 [uA],Działania zostały uznane za dobre ponieważ, prototyp w warunkach laboratoryjnych, odbierał informacje z 10 nadajników w dwóch sesjach na dobę (trwających po 5 [min]), przy średnim poborze prądu mniejszym od 300 [uA].,Wytworzone urządzenia działają zgodnie z założeniami, czyli pobierają pakiety z danymi z urządzeń NR z odpowiednią mocą sygnału radiowego. Prąd pobierany przez urządzenia BA/BK jest odpowiednio niski do pracy w urządzeniu zasilanym z baterii.,

,Do badania użyto nadajnika, włożonego do metalowego wiadra, żeby uzyskać efekt promieniowania tylko w jednym określonym kierunku. Pomierzono najpierw za pomocą odbiornika moc sygnału w odległości 30 cm od wylotu wiadra. Wartość ta jest wartością odniesienia i to ona jest bazą do liczenia tłumienia różnych materiałów.,Następnie jako pokrywę na wiadro nakładano po kolei różne materiały, których tłumienność miała być zbadana. Próbka materiału była na tyle duża, że całkowicie zakrywała wylot wiadra. Odbiornik był umieszczony w odległości 30 cm od wylotu wiadra.,Najpierw pomiarów dokonano dla urządzeń pracujących na częstotliwości 868 MHz. Następnie zmodyfikowano układ hardware, żeby urządzenia pracowały na częstotliwości 433 MHz i ponownie dokonano pomiarów z tymi samymi próbkami materiałów.,Wnioski:,Dla blachy stalowej prawdopodobnie tłumienie jest tak duże, że odbiornik by nie odebrał żadnego sygnału. Natomiast nie była zapewniona szczelność przylegania blachy do krawędzi i przez szpary przedostawał się sygnał szczątkowy.,

,1) Właściwości fizyczne pasm 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 2,4GHz.,2) Opis modulacji stosowanej w transmisji cyfrowej LoRa.,3) Dobór układu nadawczo - odbiorczego.,4) Badanie zasięgu poszczególnych zakresów fal przy tej samej mocy nadawania w otwartej przestrzeni.,5) Badanie podatność na pochłanianie fal w poszczególnych zakresach dla drewna, betonu, żelbetonu, cegły, metalu.,6) Dobór anteny w urządzeniu.,7) Badanie jakości różnych rodzajów anten.,8) Optymalizacja energetyczna.,9) Uzasadnienie wyboru częstotliwości i parametrów modulacji.,10) Wybór chipsetu do modułu radiowego.,11) Dobór najkorzystniejszych parametrów pracy układu SX1276.,12) Opracowanie płytki prototypowej.,13) Testy w warunkach laboratoryjnych.,14) Testy w warunkach rzeczywistych.,15) Wybór chipsetu.,16) Oszacowanie prądów.,17) Opracowanie płytki prototypowej Bezprzewodowej Anteny (BA).,18) Opracowanie płytki prototypowej Bezprzewodowego Koncentratora (BK).,19) Testy w warunkach laboratoryjnych.,20) Testy w warunkach rzeczywistych.,21) Podsumowanie i wnioski.,

,Przeprowadzono serię testów, w których oceniano działanie algorytmów komutacji sygnału audio w pracowni lingwistycznej. W pierwszym teście sygnał miał amplitudę 16 mV na każdym z kanałów, natomiast w drugim testowym sygnał osiągnął amplitudę 200 mV. W każdym teście zbadano trzy różne częstotliwości dla każdego kanału: 300 Hz, 1000 Hz i 4000 Hz.,Dane zostały wytworzone w ramach projektu współfinansowanego z RPO dla Województwa Zachodniopomorskiego na lata 2014-2020 Tytuł: Projekt badawczo-rozwojowy na rynek krajowy i międzynarodowy pracowni lingwistycznej z systemem do elektronicznej oceny, dostosowanej do ustawy o zapewnianiu dostępności osobom ze szczególnymi potrzebami.,