8-Channel-LoRaWAN-Gateway M2 von Seeed Studio Hardware-Review

Für Neueinsteiger in das Thema hier eine kleine Erklärung, was LoRa und LoRaWAN überhaupt sind:

LoRa, was ist das?

Nein, LoRa ist nicht der Name meines Papageis, der aufdringlich nach einem Keks verlangt, sondern LoRa steht für Long Range. Das ist ein spezielles Funk-Übertragungsverfahren, welches auf Störunanfälligkeit und niedrigen Stromverbrauch getrimmt wurde. Dazu nutzt es eine Chirp-Spread-Spectrum-Modulationstechnik der Semtech Corporation. Das breite Spektrum und die Wellenform bieten eine geringe Störanfälligkeit und damit eine große Reichweite.

LoRa ist also gut für: Es bietet aber keine hohe Übertragungsraten. Da es auf den freien Frequenzen 433 MHz (z. B. Schweiz), 868 MHz (Europa) und 915 MHz (USA) funkt, auf denen eh schon viel los ist, dürfen auch nur kurz andauernde Bursts - und damit kleine Datenpakete - gesendet werden. Sonst würde die Frequenz für andere Anwendungen unbrauchbar.

Und was ist LoRaWAN?

LoRa ist aber auch genau dafür gedacht: kurze Datenpakete von Sensoren zu einem Gateway zu senden, welches diese dann ins Internet weiterleitet. Diese Anwendung nennt man dann LoRaWAN. Es gibt auch noch andere Anwendungen und Protokolle für LoRa (wie Meshtastic), aber heute geht es um LoRaWAN.

Ein Endgerät (oder End Device) schickt sein Paket, zum Beispiel die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit in einem Gewächshaus, immer an ein Gateway, zum Beispiel ein kleiner Server auf einem landwirtschaftlichen Betrieb. LoRa kann bei freier Sichtlinie Kilometer überbrücken. Und braucht eben nicht viel Energie, sodass es auch möglich ist, die Endgeräte mit Akkus zu betreiben.

Das LoRaWAN-Gateway nimmt die Datenpakete von den Endgeräten entgegen und schickt sie weiter ins Internet. Wir haben bei unserem ersten LoRaWAN-Projekt mit einem Single-Gateway von Elecrow das The Things Network benutzt. Dort kann man sich die Messages der Endgeräte nach Anwendung bündeln und sich anzeigen lassen. Oder man leitet sie weiter zu einem eigenen Webserver.

An diesen Webserver könnte man dann wieder Steuerungselektronik anschließen, um zum Beispiel mehr Wasser zuzuführen, wenn es im Gewächshaus zu trocken geworden ist.

Das günstige Single-Gateway von Elecrow basiert auf einem ESP32 und ist eben wegen nur des einen zur Verfügung stehenden Kanals in der Funktion eingeschränkt. Es funktioniert nur mit The Things Network und im Ad-Hoc-Betrieb.

Mehr zu dem mit dem Single-Gateway verwendeten Elecrow LoRaWAN LR1262 Dev.-Board mit Raspi-Pico 2040 findet ihr in diesem Artikel. Und über das LoRaWAN-Kommunikations-Modus ABP (Activation By Personalization, "Ad-Hoc-Modus") habe ich im Artikel LoRaWAN-Kommunikation mit dem LR1262 Dev.-Board (RP2040) und einem Single-Channel Gateway geschrieben.

Der Betrieb mittels ABP ist aber eher beschränkt und für einen "richtigen" Betrieb mit dem OTAA (Over-The-Air Activation) braucht man auch ein "richtiges" LoRaWAN-Gateway, das mehrere Channels zur Verfügung stellt. Das Seeed SenseCAP M2 mit acht Kanälen ist solch ein Multi-Channel-Gerät zu einem bezahlbaren Preis (derzeit um die 100 Euro), wie ich finde.

Dieses Gerät habe ich mir besorgt und möchte euch in diesem und den nächsten Artikeln an meinen Erfahrungen damit teilhaben lassen.

Wie ich auf LoRaWAN gestoßen bin

Es ist schon ein paar Jahre her, da bin ich auf den TTGO T3 LoRaWAN OLED ESP32 gestoßen. Auf dem war eine Software namens PAXCNT (PaxCounter) vorinstalliert, die die nähere Umgebung nach Bluetooth-Geräten absucht und dann daraus errechnet, wie viele Personen sich wohl im näheren Umkreis befinden. Vielleicht ganz praktisch, um den Run in der Kantine abzuwarten und zu sehen, wann ein Konzert oder Fußballspiel vorüber ist. Der PaxCounter benutzt übrigens das OTAA (Over-The-Air Activation) mit TTN, funktionierte also nicht mit dem Single-Channel-Gateway. Ich hoffe es mit dem neuen Multi-Channel-Gateway von Seeed Studio nun zum Laufen zu bekommen.

Ich fand das Thema auf jeden Fall spannend. Allerdings hatte ich ein Problem: Ein LoRaWAN-Endgerät braucht auch immer ein LoRaWAN-Gateway zum Kommunizieren. Da gab es sogar eines bei mir in der Gegend. Trotzdem musste ich immer ins Auto steigen und in die Nähe des LoRaWAN-Gateways fahren, um meinen PaxCounter zu testen. Was dann doch sehr nervig war. Und LoRaWAN-Gateways kosteten damals noch eine Stange Geld, weil sie auf vielen LoRa-Kanälen parallel lauschen "müssen". Also wurde ich nie so richtig warm, meine eigene LoRaWAN-Applikation zu designen und zu programmieren.

Die Hardware des SenseCAP M2 LoRaWAN-Gateways


Sozusagen Herz und Lunge des Seeed SenseCAP M2 sind ein MT7628-SoC für die Rechenarbeit und ein Semtech SX1302 Chip für den LoRa-Funk.

In dem Single-Channel-Gateway kam ja ein Espressif ESP32 als Mikrocontroller und ein Semtech SX1262 zum Einsatz. Der ESP32 ist zwar ein guter Mikrocontroller, aber für einen Multi-Channel-Betrieb wohl ein wenig schwachbrüstig. Und der SX1262 kann nur einen LoRa-Kanal bedienen, während der SX1302 gleich acht LoRa-Kanäle parallel bedienen kann.

Das MediaTek MT7628 SoC (System on a Chip) ist für Router, Repeater und Ähnliches gedacht und zeichnet sich durch folgende Eckdaten aus: MediaTek SoCs werden auch gerne in Smartphones und anderen mobilen Geräten verwendet. Für Ethernet LAN, WLAN, Serial-Debug und Micro-SD-Support über USB wäre also mit dem MT7628 gesorgt.

Fehlt noch die LoRa-Konnektivität. Diese wird durch einen Semtech SX1302 Chip bewerkstelligt:


Zubehör


Das Seeed SenseCAP M2 LoRaWAN-Gateway ist nur für den Indoor-Betrieb gedacht. Die Recheneinheit kommt in einer kleinen, schicken, weißen Box mit den Ausmaßen von ca. 14.3 x 13.4 x 3.3 cm.

Daneben wird ein ebenfalls weißes Netzgerät mit Euro-Stecker und 5.5 mm Rundstecker (Barrel Jack) mitgeliefert, das bis zu 2 Ampere bei 12 Volt liefern kann, was 24 Watt entspricht. Was dicke ausreicht. Ich habe unter 2 Watt im Normalbetrieb gemessen. Was erfreulich stromsparend ist.

Außerdem gibt es einen Antennenfuß und eine Antenne in schwarz. Der Antennenfuß misst 6.3 cm im Durchmesser und etwa 4 cm in der Höhe. Er ist magnetisch und kann so leicht an Oberflächen aus Eisen angeklackt werden. Die Antenne selbst ist 26 cm lang und hat einen Durchmesser von 2 cm, sie ist also nicht gerade klein und verspricht einen guten Empfang. Laut Aufschrift hat die Antenne einen Gewinn von 3 dBi und ist für eine Frequenz von 860 bis 930 MHz ausgelegt. Damit ist sie für den Betrieb in Europa (LoRa bei 868 MHz) als auch die USA (LoRa bei 915 MHz) geeignet. Das Antennenkabel ist ziemlich genau einen Meter lang, es gibt also ein wenig Freiheit zwischen Gerät und Antenne.

Das Zusammenbasteln der Hardware ist einfach: schwarzen Nippel vom Antennenfuß abdrehen und Antenne auf den Fuß drehen. Kabelbinder entfernen und Antenne an das Hauptgerät drehen. Das Netzteil in die Steckdose stecken und in das Gerät stecken. Hier kann man eigentlich nichts verwechseln.


Ich habe gleich das Seeed LoRaWAN Starter Kit genommen, das nur 20 Euro mehr kostet, aber für den Preis viele Mehrwert für diejenigen bietet, die ihr LoRaWAN-Gateway auch ausprobieren wollen, also Leute wie mich. Dann erhält man zusätzlich, was ein Schnäppchen ist verglichen mit der Summe der Einzelteile:

Konnektivität



Bei dem Seeed SenseCAP M2 LoRaWAN-Gateway kann man sich aussuchen, ob man die Verbindung zum Internet mittels Kabel oder mittels WLAN bewerkstelligen will. Der Ethernet-Port ist Fast Ethernet und kann damit 100 Mbit/s und das WLAN läuft auf 2.4 GHz und ist auch mehr als schnell genug für die Daten, die über LoRa übertragen werden. Aber natürlich funktioniert die Konfiguration auch über WLAN/LAN, auch da ist das Gerät flott genug.

Wer kein Internet vor Ort hat, kann sich auch die 4G-Version bestellen, dann kann man - nachdem man eine SIM-Karte eingeschoben hat, auch das Mobilfunknetz für die Verbindung ins Internet benutzen.

Über einen USB-C-Port kann man das Gateway an einen PC anschließen und ggf. die Debug-Nachrichten mitlesen oder die Firmware aktualisieren, sollte es nötig sein.

Es gibt auch einen Einschub für eine Micro-SD-Karte, die in der aktuellen Firmware aber noch nicht unterstützt wird. Für den Betrieb als LoRaWAN-Gateway ist diese aber natürlich auch nicht nötig.

Oben auf dem Gerät ist eine blau bzw. grün leuchtende Mehrfarb-LED, die über den Status Auskunft gibt. Weitere Infos erhält man über die kleinen LEDs auf der Front: Und rechts steht die Antennenbuchse zum Anschluss der mitgelieferten LoRa-Antenne heraus. Dahinter gibt es eine Gummi-Abdeckung zum Anschluss einer externen GPS-Antenne, um ein Positions-Signal zu empfangen.

Youtube-Video

In meinem Mailbox Video #152 schaue ich mir die Hardware zum ersten Mal an (Unboxing). Und zwar die Starter Kit Edition. Ich gebe auch gleich ein paar Tipps zur Verwendung und zu Anwendungsgebieten:


Weiterlesen...

Im Artikel LoRaWAN-Kommunikation mit dem LR1262 Dev.-Board (RP2040) und einem Single-Channel Gateway erkläre ich, wie ich mit eigenem Entwicklungs-Board und eigenem Gateway LoRaWAN-Nachrichten über The Things Network an meinen Webserver verschicke.



Quellen, Literaturverweise und weiterführende Links

  1. Wikipedia: LoRa / LoRaWAN
  2. The Things Network
  3. Produktseite Seeed SenseCAP M2
  4. Produktseite Seeed SenseCAP M2 Starter Kit (lohnt sich preslich)
  5. MediaTek MT7628 SoC Datenblatt
  6. HI-LINK WM7628N-A User Manual
  7. Semtech SX1302 Chip
  8. Semtech SX1302 Datasheet
  9. Elecrow ESP32 Basic LoRaWAN-Gateway und The Things Network: Firmware und Konfiguration
  10. LoRaWAN-Kommunikation mit dem LR1262 Dev.-Board (RP2040) und einem Single-Channel Gateway
  11. Produktseite Elecrow LoRaWAN Gateway Module
  12. Produktseite Elecrow LoRaWAN Development Board mit RP 2040