,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.,

,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.,

,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

,Kryteriami doboru jest przede wszystkim analiza właściwości fizycznych fal radiowych dla poszczególnych częstotliwości.,Dalszymi kryteriami są: moc nadajnika, czułość odbiornika, prostota implementacji hardware.,Częstotliwość 169MHz wydaje się najbardziej korzystna ze względu na przenikliwość fal. Jednak żeby uzyskać dobry zasięg, dobrze by było, żeby antena była nie krótsza niż półfalowa, co daje długość ok. 89 cm. Projektowane urządzenie ma jednak małe gabaryty, a antena ta powinna zmieścić się wewnątrz obudowy, więc długość ta nie wchodzi w grę. Duże gabaryty to też większa pojemność pasożytnicza, więc więcej energii jest potrzebnej dla przeładowywania tej pojemności. A urządzenie jest zasilane bateryjnie i powinno pobierać jak najmniej energii.,Z kolei pasmo 433 MHz jest jedynym wolnym pasmem dostępnym prawie na całym świecie i w związku z tym producenci pilotów samochodowych, bram zdalnie sterowanych, zabawek itp. korzystają właśnie z tego pasma. Powoduje to ogromne zaśmiecenie tych częstotliwości, co może powodować w pewnych lokalizacjach, że transmisja będzie niemożliwa. Ważną rzeczą jest tu, że w pasmie tym maksymalna dozwolona moc nadawania to tylko 10 mW, co powoduje duże ograniczenie zasięgu. I antena dla tego pasma ma nadal dość spore gabaryty – w tym przypadku dipol półfalowy powinien mieć długość ok. 33 cm. Jest to to nadal za duży gabaryt jak na małe urządzenie bateryjne .,Częstotliwość 2,4 GHz wydaje się najbardziej korzystna ze względu na gabaryty anteny, ale niestety jest ona już silnie tłumiona przez większość przeszkód (materiałów). Żeby więc uzyskać dobry zasięg trzeba by pracować z dużą mocą nadawczą. Jak wyżej wspomniano, urządzenie zasilane jest z baterii, więc z drugiej strony jest potrzeba ograniczania mocy nadawania do minimum. W pasmie tym pracują też sieci WiFi i Bluetooth, więc jest ono bardzo mocno zapełnione i zaszumione, co powoduje, że trzeba tu stosować bardziej zaawansowane układy nadawczo-odbiorcze, które wykrywają chwilową zajętość danego kanału.,W wyniku powyższej analizy, Częstotliwości 169 MHz oraz 2,4 GHz uznane zostają jako najmniej rokujące i nie będą dla nich przeprowadzane dalsze badania. Częstotliwości 433 MHz i 868 MHz wyglądają na najbardziej warte uwagi. Dla nich więc będą prowadzone dalsze badania.,Modemy LoRa zestawione w tabeli 1 można podzielić na dwie grupy. Pierwsza z nich obejmuje układy SX1272 i SX1273, które są przystosowane do pracy z częstotliwościami z zakresu 860..1020 MHz. Druga grupa to układy SX1276, SX1277, SX1278 i SX1279 mogące pracować z częstotliwościami od 137 do 1020 MHz, zależnie od modułu. W porównaniu do układów z pierwszej grupy mają one większą czułość odbiorników radiowych, a ich pasmo zaczyna się już od 7,8 kHz, w przeciwieństwie do pierwszej grupy modemów, gdzie dopuszczalne pasmo zaczyna się od 125 kHz,Po wstępnej analizie parametrów poszczególnych układów postanowiono zrezygnować z badania układów SX1272, SX1273 oraz SX1278. Jest to spowodowane tym, że układy SX1272 i SX1273 mają najniższą czułość, a przy pomoc układu SX1278 nie można zbadać pasma 868 MHz.,Do badań wybrano więc i zakupiono układy SX1276, SX1277 oraz SX1279.,

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