LoRaWAN – najszybciej rozwijająca się sieć bezprzewodowa Low Power WAN w Smart Metering, Smart Factory i Smart Building – poznaj konkretne zastosowania
W dzisiejszych czasach bezprzewodowa transmisja danych jest nieodłącznym elementem wielu dziedzin życia, od przemysłu, przez rolnictwo, aż po inteligentne miasta. W zależności od potrzeb, do transmisji danych nawet w przemyśle wykorzystuje się technologie Bluetooth i WiFi, lecz od pewnego czasu coraz częściej słyszy się o urządzeniach pracujących pod kontrolą sieci LoRaWAN.
Czym jest sieć LoRaWAN?
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) to protokół bezprzewodowej komunikacji oparty na modulacji LoRa. Jego główną zaletą jest umożliwienie transmisji danych na bardzo dalekie odległości przy niewielkim poborze energii, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla systemów IoT, w tym Industrial IoT. Sieć LoRaWAN składa się z węzłów, bramek i serwerów. Węzły zbierają dane z czujników i przekazują je do bramek, które następnie komunikują się z serwerem. Dzięki temu rozwiązaniu, węzły nie potrzebują dostępu do Internetu, a jedynym urządzeniem z takim dostępem musi być bramka, która może być oddalona od czujników nawet o kilometry. Serwery sieciowe i aplikacyjne służą do konfiguracji sieci oraz przechowywania danych pochodzących z węzłów, które mogą być wykorzystane przez użytkownika do tworzenia aplikacji.
Co wyróżnia sieć LoRaWAN na tle WiFi czy Bluetooth?
Technologia LoRaWAN posiada kilka unikalnych cech, w których pozostaje nie dościgniona przez takie technologie jak WiFi, Bluetooth czy nawet sieć GSM.
Przede wszystkim sieć LoRaWAN wyróżnia doskonała jakość zasięgu oraz odległość na jaki może on być przesyłany. W aglomeracjach miejskich a także na terenach odludnych gdzie zasięg sieci GSM jest znikomy, urządzenia pracujące pod kontrolą LoRy przesyłają sygnał na odległość kilkunastu kilometrów. Jest ona odporna na zakłócenia elektromagnetyczne, czy ekranowanie konstrukcjami żelbetowymi, z czym nie może poradzić sobie sieć WiFi oraz GSM.
Kolejną niewątpliwe ważną cechą jest jej niskie zapotrzebowanie na energię. Urządzenia pracujące pod jej kontrolą często posiadają zasilanie bateryjne. Dzięki energooszczędności sieci LoRaWAN urządzenia mogą pracować nawet kilka lat na jednym zestawie ogniw. Są to wyniki nie osiągalne do uzyskania przy pracy urządzenia na WiFi, Bluetooth czy też GSM.
“Powieś i zapomnij”
nawet na 10 lat, bez kucia ścian czy doprowadzania zasilania, bez obawy o zasięg - tak proste, a dostępne standardowo w technologii LoRaWAN.
Za wyborem sieci LoRaWAN przemawia również aspekt ekonomiczny, sieć ta działa w darmowym paśmie dzięki czemu użytkowni jest zwolniony z opłaty abonamentowej za transmisję danych w przeciwieństwie do opłat ponoszonych w sieci GSM. Do jej aktywacji wystarczy zasadniczo posiadać Gateway połączony z Internetem i urządzenia końcowe (oprogramowanie serwerowe i aplikacyjne dostępne jest także w wersjach nieodpłatnych)
Wszystkie te cechy sprawiają, że sieć LoRaWAN wykorzystywana jest w różnych urządzeniach końcowych, takich jak sensory i mikrosterowniki automatyki przemysłowej. Dzięki swoim unikalnym cechom LoRaWAN znalazła szerokie grono odbiorców w różnych dziedzinach, takich jak monitorowanie środowiska, przemysł, rolnictwo czy Smart City. Siecią LoRaWAN zainteresowali się producenci czujników oraz sensorów wykorzystywanych do wykonywania dokładnych pomiarów temperatury, wilgotności, ciśnienia, poziomu wody, a także układy pomiarowe w pętli prądowej czy liczniki impulsowe, oraz wiele innych.
Otwarty opublikowany standard LoRaWAN oraz oranizacja LoRa Alliance odpowiadają za lawinowo rosnąca liczbę urządzeń oferowanych przez producentów na całym świecie. Łącząc Gteway wyprodukowany we Francji z sensorami z Chin, Tajwanu czy Polski ćmożemy być pewni, że pod kontrolą sieci LoRaWAN pracowa będą poprawnie.
Czy wiesz, że w naszym kraju liczba urządzeń w Smart Metering pracujących w sieciach LoRaWAN obejmuje już liczbę kilkuset tysięcy? Z kolei u naszych sąsiadów z zachodu są to ilości liczone już w milionach. https://www.lorawan.com.pl/przysz%C5%82o%C5%9B%C4%87-lorawan
Wykorzystanie technologii LoRaWAN w konkretnych przypadkach
Firma MIlesigth wykorzystała technologię LoRaWAN w swoich sensorach, dzięki czemu znalazły one zastosowanie w dużo szerszym gronie aplikacji.
Kontrola wypełnienia silosu, wagonu, kubła na śmieci, pomiar wysokości lustra wody i zapobieganie powodziom błyskawicznym, kontrola zajętości pola odkładczego czy miejsca parkingowego
Ultra dźwiękowy sensor EM310-UDL jest w stanie zmierzyć dystans znajdujący się do odległości 450 cm z dokładnością do 1 mm, dzięki wykorzystaniu ultradźwiękowych sensorów. Praca w oparciu o technologię LoRaWAN, oraz małe rozmiary umożliwiają umieszczenie go w trudno dostępnych miejscach. Niskoenergetyczność sieci LoRaWAN pozwala mu także pracować przez nawet 10 lat na tych samych ogniwach litowo-tionylowych, a wykorzystanie modułu NFC, umożliwia szybką i prostą jego konfigurację przez aplikację na smartfon. EM310-UDL znajdzie zastosowanie w wielu aplikacjach zaczynając od pomiaru poziomu zapełnienia kontenerów, przechodząc do odczytu zajętości miejsc parkinogwych. Innym zastosowaniem czujnika może być system pomiaru poziomu cieczy w studzienkach, czy w zbiornikach, dzięki czemu tworzy on system wczesnego ostrzegania przed powodziami. Sensor może umożliwić odczytywanie poziomu zapełnienia silosów, wagonów czy zbiorników z materiałami sypkimi Np. Zboże, piasek, kamień, żwir, węgiel itp.
Więcej pod linkiem: https://jm.pl/pl/em310-udl-ultrasonic-distance-sensor-lorawan-ultradzwiekowy-czujnik-odleglosci/9210559/produkt/
Wykrywanie ruchu i światła w kontroli dostępu i w sterowaniu oświetleniem
W aplikacjach Smart Home oraz Smart Building zalazł zastosowanie sensor WS202, jest to czujnik ruchu połączony z czujnikiem natężenia światła.
Więcej pod linkiem: [https://jm.pl/pl/ws202-868m-lorawan-pir-light-detection-sensor/9210627/produkt/
Podobnie jak w przypadku innych urządzeń Milesight, urządzenia ma wbudowany moduł NFC, który umożliwia i ułatwia konfigurację sensora. Tak jak poprzednicy dzięki zastosowaniu LoRaWAN są w stanie pracować na jednym ogniwie nawet 5 lat. Czujnik jest w stanie wykryć ruch w odległości do kilku metrów i w obszarze detekcji wynoszącym około 120°. Sensor można skonfigurować tak, aby reagował na zadany próg jasności i zaćmienia wysyłając wiadomość, kiedy dana wartość zostanie przekroczona. WS202 może być rozszerzeniem aplikacji alarmowych, może on monitorować ruchu w pomieszczeniach w godzinach wolnych od pracy lub strefach w których nie powinien przebywać człowiek. Sensor przy wykryciu braku ruchu przez zadany mu czas może wyłączyć oświetlenie w pomieszczeniu, dzięki czemu zmniejszy opłaty za energię. Wielką zaletą tego sensora jest fakt, że można go instalować bez konieczności doprowadzania zasilania, czy jakichkolwiek kabli. Urządzenia pracuje całkowicie bezprzewodowo i wymaga atencji tylko i wyłącznie wtedy, gdy należy w niej zmienić ogniwo.
Pomiar temperatury i wilgotności powietrza, a gdy trzeba to i CO2 – powiadomienie o ryzyku zamarznięcia węzła kanalizacyjnego, przepompowni, ochłodzenia czy przegrzania hali, rozszczelnienia wymiennikowni ciepła czy instalacji centralnego ogrzewania
W przypadku pomiarów temperatury i wilgotności na rynku znajduje się szereg czujników różnych producentów, które łączy transmisja danych w sieci LoRaWAN. Sensory te przeznaczone są do wielu różnych zastosowań, począwszy od pomiaru temperatury cieczy, procesów technologicznych, pieców, korpusów maszyn, aż do sensorów przeznaczonych do pomiarów temperatur i wilgotności powietrza, uwzględniając nawet stężenie CO2.
Polecamy artykuły:
https://jm.pl/pl/lsn50v2-s31-e...
W prosty sposób można kontrolować temperaturę całego ciągu technologicznego w przemyśle spożywczym na wszystkich etapach wytwarzania żywności, począwszy od chłodni i lodówek, a skończywszy na temperaturach pomieszczeń, gdzie pakowane są produkty przeznaczone do wysyłki.
Ze względu na wysokie koszty energii firmy starają się zmniejszyć straty cieplne, niestety często kosztem wentylacji. Sensory w sieci LoRaWAN są w stanie mierzyć temperaturę, wilgotność, a nawet CO2, aby z jednej strony nie przegrzewać pomieszczeń, a z drugiej nie doprowadzać do zagrożeń dla zdrowia.
Czujniki temperatury i wilgotności sprawdzą się doskonale do monitorowania temperatury w węzłach kanalizacyjnych, przepompowniach i w wymiennikowniach ciepła. Z jednej strony w prosty sposób można sprawdzić czy instalacja nie ulega zamarzaniu, lub też czy nie nastąpiło jej rozszczelnienie objawiające się zbyt wysoką temperaturą i wilgotnościom.
Wszystkie te pomiary odbywają się bez konieczności doprowadzania zasilania do sensorów - nie ma ryzyka porażenia, a same obiekty mogą znajdować się w studzienkach, komorach, znacznym oddaleniu, otwartym terenie, czy pod ziemią.
Lokalizatory GPS+LoRaWAN – precyzyjna lokalizacja na rozległych powierzchniach, nawet bez zasięgu sieci GSM, obiektów pozbawionych zasilania lub których nie można modyfikować - zarządzanie gospodarką magazynową, materiałową i polami dokładczymi celem identyfikacji lokalizacji - ciągników i ciężarówek, własnych i obcych, pojemników wielkogabarytowych, kontenerów, odlewów, wagonów, a także specjalistycznych lub wysokocennych narzędzi. Także lokalizacja personelu na rozległych obiektach.
Sieć LoRaWAN wypiera także popularne lokalizatory wykorzystujące sygnał sieci GSM do udostępniania pozycji na mapie. Sieć LoRaWAN wygrywa w tej kategorii dzięki swojej energooszczędności a także odpornością na zakłócenia i znakomitym zasięgiem w miejscach gdzie infrastruktura GSM jest ubodze rozbudowana.
Dobrym przykładem takiego zastosowania jest firma Dragino oraz Abeeway ze swoimi trackerami bazującymi na technologii LoRaWAN.
Więcej o lokalizatorach GPS+LoRaWAN:
Trackery Abeeway (Actility) doskonale sprawdzą się w transporcie wodnym, zarówno śródlądowym, jak i morskim. Na akwenach, które objęte są zasięgiem sieci LoRaWAN można w łatwy sposób lokalizować statki, barki, kutry rybackie, łodzie żaglowe i motorowe, czy nawet skutery wodne. Dzięki energooszczędności trackerów Abeeway (Actility) śledzenie obiektu na wodzie możliwe jest przez cały sezon bez wymiany baterii. Dzięki wodoszczelności lokalizatora oraz dobrej propagacji fali możliwa jest również lokalizacja obiektu nawet po jego zatonięciu do określonej głębokości. Takie rozwiązanie w znacznym stopniu ułatwia nadzór właścicielom czy pracę służbom ratowniczym. Nawet jeśli incydent z udziałem obiektu wyposażonego w lokalizator korzystający z technologii LoRaWAN miałby miejsce w przestrzeni nie objętej zasięgiem sieci LoRaWAN, w łatwy i bardzo szybki sposób można tą sieć tam doprowadzić przy pomocy gateway.
Podobnie w przypadku prac budowlanych wykonywanych na dużych powierzchniach, nie objętych siecią GSM (budowa dróg, lotnisk, kopalnie odkrywkowe), można śledzić sprzęt budowlany z wykorzystaniem prostej w uruchomieniu sieci LoRaWAN. Za pomocą lokalizatora Abeeway (Actility) można kontrolować, czy koparki, ładowarki, wywrotki itp. nie są przedmiotem nieautoryzowanego użytku. Poza sezonem budowlanym z kolei, nawet jeśli urządzenia są pozbawione zasilania, lokalizator pomaga chronić sprzęt przed kradzieżą.
Dostępne są również kieszonkowe lokalizatory zarówno firmy Abeeway jak i Dragino.
https://jm.pl/pl/lgt92-aa-eu868-lorawan-gps-tracker-with-9-axis-accelerometer/9208831/produkt/
Na dużych obszarach pozbawionych zasięgu GSM, jak lasy, góry, tereny budowy, łowiska, można w prosty i niemal bez ingerencji w środowisko oraz przy niewielkich nakładach finansowych zapewnić stałe pokrycie zasięgiem sieci LoRaWAN.
Dzięki temu uzyskujemy pokrycie dużych obszarów terenu na którym urządzenia przenośne lokalizatory pozwalają nam śledzić lokalizację drwali na wyrębie, turystów, w szczególności na szlakach zagrożonych lawinami, czy podczas spływów kajakowych, górskich przewodników, grup rybaków na akwenach objętych siecią, a także pracowników ochrony mienia na rozległych budowach.
Dla celów hodowlanych lub badawczych lokalizatory pozwala na monitorowanie przemieszczania się i ruchliwości zwierząt, czy to hodowlanych czy chronionych gatunków w celach badawczych. Ma to szczególne znaczenie w hodowli bydła, gdzie zwiększona ruchliwość jałówek i krów jest oznaką zbliżającego się najlepszego okresu dla inseminacji. Podobnie w przypadku gatunków chronionych można monitorować zbliżanie się zwierząt do siedzib ludzkich czy terenów nie objętych ochroną parku narodowego. W tym celu wystarczy wyposażyć dane zwierzę w obrożę z lokalizatorem który ze względu na małą wagę nie przysparza trudności w naturalnej aktywności zwierząt, a jego wodoszczelność pozwala na długotrwałą pracę bez względu na warunki atmosferyczne.
Gateway- bramy zapewniające komunikację w sieci LoRaWAN
Gateway LoRaWAN działa na podobnej zasadzie jak router Wi-Fi - odbiera sygnał z urządzenia końcowego (node) i przesyła go do serwera, który następnie przekazuje informacje do chmury lub systemu IoT. Urządzenia końcowe w sieci LoRaWAN są nazywane węzłami (nodes), a są nimi wcześniej wspominane czujniki, urządzenia pomiarowe, systemy alarmowe itp. W przypadku sieci LoRaWAN węzły zwykle nie są połączone bezpośrednio z internetem, dlatego potrzebują bramy (gateway), która umożliwi przesyłanie informacji do chmury.
Gateway LoRaWAN jest wykorzystywany w różnego rodzaju systemach IoT, takich jak inteligentne miasta, inteligentne rolnictwo, monitorowanie jakości powietrza, systemy przemysłowe itp. Dzięki swojej zdolności do przesyłania sygnału na odległość nawet kilkudziesięciu kilometrów, jest idealny do zastosowań w rozległych obszarach, gdzie standardowe sieci komórkowe lub Wi-Fi nie działają.
Znanym producentem Gateway LoRaWAN jest firma Kerlink, która wprowadzała na rynek kilka modli w tym Gateway zewnętrzne, wewnętrzne a także przenośne.
Poniższa tabela przedstawia różnice pomiędzy poszczególnymi rodzajami Gateway firmy kerlink. Każdy z nich posiada swoje unikatowe cechy i został stworzony do pracy w dedykowanej mu aplikacji.
https://jm.pl/pl/bramki-dostepowe/147/produkty/?page=0&srt=Ilo%C5%9B%C4%87+malej%C4%85co&on_page=20
Nie musisz nawet budować prywatnej sieci LoRaWAN, jeśli jesteś w zasięgu Helium
Więcej o idei otwartej, globalnej sieci LoRaWAM dowiesz się po linkiem:
Dla zainteresowanych wiedzą, nieodpłatne wirtualne szkolenie
Firma JM elektronik przeprowadziła cykl szkoleń odnośnie komunikacji LoRaWAN z wykorzystaniem Gateway firmy Kerlink. Program szkoleń był tak przygotowany, aby jego uczestnik pozyskał wiedzę ze wszystkich warstw LoRaWAN - począwszy od sensorów poprzez gateway, serwery LoRaWAN aż po serwery aplikacyjne - i był w stanie uruchomić własną sieć LoRaWAN oraz nią zarządzać.
Zapisz się na Wirtualne Szkolenie Wireless Day obejmujące ponad 10 filmów szkoleniowych powstałych w oparciu o szkolenia stacjonalne.
DOPISZ w UWAGACH podczas rejestracji: Mechatronikadlawszystkich.pl i ciesz się nieodpłatnym dostępem do bazy wiedzy.
Artykuł został opracowany przez inżyniera Filipa Sygieta i ucznia technikum Tymoteusza Knap-Kurzaja, w oparciu o zrealizowany program praktyk zawodowych w JM elektronik.
Pracuje w branży przemysłowej i jakiś czas temu zakupiliśmy właśnie urządzenia oparte na LoRaWAN , nasze maszyny połączone są ze sobą za pomocą urządzenia HD67F01-2-B2-868MHz, które działa właściwie, zgodnie z naszymi oczekiwaniami, dzięki czemu możemy powiedzieć, że innowacja LoRaWAN jest naprawdę super rozwiązaniem... Wybraliśmy rozwiązanie LoRaWAN wyłącznie dlatego, że pozwala na transmisję danych na bardzo dalekie odległości przy niewielkim zużyciu energii, jest to naprawdę godne polecenia! Szczególnie warto zwrócić uwagę, że jest to energooszczędne rozwiązanie ! :)
