La Tarjeta Turtle y su Tecnología

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Solución LoRa llave en mano que funciona 10 años con baterías

La tecnología inalámbrica LoRa permite a los sensores comunicarse en la banda ISM libre a grandes distancias de 200 m a 20 km, adecuadas para velocidades de datos pequeñas.

La solución llave en mano de Turtle puede ser utilizada inmediatamente. “RadioShuttle”, el software de protocolo radio incluido, permite la comunicación nodo a nodo sin necesidad de routers o servidores adicionales. Turtle, la tarjeta LoRa de HelTec Automation, puede funcionar durante 10 años con pilas AAA (estándar o recargables Ni-MH) utilizando “RadioShuttle”, el software de protocolo inalámbrico LoRa de bajo consumo, pero también puede funcionar con una fuente de alimentación externa. Un sensor opcional de temperatura y humedad puede ser enchufado o usado externamente.

La innovadora solución inalámbrica LoRa es ideal para muchas aplicaciones industriales y del IoT (ingl. Internet of Things).

Optimizado de energía con una MCU de bajo consumo STM32L432

Debido a su diseño general de hardware de la tarjeta Turtle, combinado con un procesador STM32L432 de bajo consumo, de STMicroelectronics, la solución Turtle LoRa es perfectamente adecuada para el funcionamiento con pilas. La tarjeta puede conectarse a un ordenador Windows, Linux o Mac a través de un puerto USB para programación y registro de datos.

Chip de radio LoRa integrado

El chip de radio LoRa está especificado para una potencia de transmisión constante máxima de +17 dBm o 50 mW, por lo que en la UE no se permite exceder una potencia de radiación efectiva de +14 dBm. El Link Budget (presupuesto de enlace) alcanzable, que en terminos generales representa la calidad de toda la ruta de transmisión con todas las pérdidas y ganancias, es de 168 dB. El chip está basado en el desarrollo del Semtech SX1276.

Fuente de alimentación flexible

El voltaje de funcionamiento de la tarjeta Turtle puede ser suministrado por dos pilas AAA. Para ello, en la parte posterior de la tarjeta hay un portapilas AAA (pilas o Ni-MH recargables). Esto ahorra especialmente energía y garantiza un largo tiempo de funcionamiento independiente de la red eléctrica con una vida útil de la batería de hasta 10 años.

Como alternativa, la tarjeta también puede alimentarse completamente a través de una conexión micro-USB. Para la alimentación de la batería externa se dispone de un puerto micro-USB, o se puede conectar una tensión de alimentación externa (3,4-5 voltios) al pin VIN. La elección de la fuente de alimentación, batería o USB/externo, es automática, teniendo siempre prioridad la alimentación externa. Si la fuente de alimentación USB/externa falla, el sistema cambia automáticamente a batería o batería recargable.

Concepto E/S

Las dos filas de cabezales de extensión de la tarjeta Turtle están conectadas a señales de la MCU STM32, alimentación VDD y alimentación conmutable por software (VEXT). El sistema ya tiene preasignados internamente varios pines. Estos pueden utilizarse de forma compartida para aplicaciones propias; consulte el archivo “PinMap.h” y el siguiente diagrama de conexión para obtener más detalles. Para nodos de sensores comunes, se dispone de suficientes conexiones digitales, analógicas, seriales, SPI, I²C y de alimentación.

En el lado izquierdo de la tarjeta – la antena SMA apunta a la derecha – están los botones de reinicio y de usuario.

Dos ledes (verde y rojo) se encuentran junto al conector USB.

En la operación de radio de RadioShuttle LoRa, el led verde se ilumina al transmitir y el led rojo al recibir datos de radio. Además, el led rojo parpadea brevemente cada 2 segundos para indicar que la tarjeta está activa. Si es necesario, las líneas de E/S de los ledes también se pueden utilizar para otros fines. Se proporciona una interfaz de depurador (2×4 pines) para la depuración remota compatible con STLink.

Desarrollo de software profesional (Arm Mbed IDE)

Un IDE en línea llave en mano y muy fácil de usar permite a todo el mundo empezar a desarrollar rápidamente soluciones del IoT. Ya sea un principiante o un equipo profesional de desarrollo colaborativo multiusuario, el IDE de Mbed puede manejar esto fácilmente. En un minuto, el software Turtle de demostración del protocolo inalámbrico LoRa, “RadioTest”, se carga, compila, descarga y funciona.

Reloj RTC

La MCU tiene un reloj RTC integrado que proporciona una hora adecuada siempre y cuando la tarjeta esté encendida. El RTC continúa en el modo de menor consumo (“deepsleep”). El RTC puede despertar a la MCU cuando sea necesario.

Sensor de temperatura y humedad (opcional)

El sensor opcional consume muy poca corriente (< 1 µA) en modo de reposo y permite una medición regular y precisa de la temperatura y la humedad. Para utilizar el sensor de forma más flexible posible según los requisitos, se puede conectar al cabezal del depurador (incluido en el envío, se debe soldar a la tarjeta). Como alternativa, el sensor también puede colocarse externamente con un cable. El software para la lectura del sensor está integrado en el software RadioShuttle. ¡Sólo conéctelo y listo!

Pantalla OLED (opcional)

Opcional está disponible una pantalla OLED que puede contectarse al cabezal de pines I²C. Véase Funcionamiento de la Tarjeta ECO Power con una Pantalla OLED.

Módulo Ethernet (opcional)

Un módulo Ethernet W5500 opcional trae un puerto Ethernet 10/100 con red TCP/IP a la tarjeta. Los controladores de software de red con muestras están incluidos en el software RadioShuttle para la tarjeta Turtle.

Gestión de energía

Hemos diseñado la tarjeta para que sea lo más eficiente posible en el uso de la energía para lograr una larga vida útil de la batería. Esto incluye el uso de MOSFET de bloqueo de alta impedancia para la fuente de alimentación y las funciones de conmutación, así como un diseño general de circuito de baja corriente de reposo.

El software RadioShuttle suministrado con la tarjeta Turtle está adaptado a este hardware. A través de varios algoritmos de ahorro de energía que van desde la optimización del tamaño de los paquetes y la reducción automática de la potencia de transmisión en buenas condiciones de transmisión hasta el uso de las funciones “sleep” y “deepsleep” de la MCU, son un componente esencial de la sofisticada gestión de la energía.

Usando el software de ejemplo RadioShuttle con función de ahorro de energía integrada, esta solución LoRa facilita a todos la configuración de sensores inalámbricos alimentados por batería.

Pasarela RadioShuttle MQTT

El software RadioShuttle contiene una pasarela MQTT que establece una conexión entre la estación RadioShuttle, con los nodos conectados, y un servidor MQTT. Esto permite el intercambio bidireccional de mensajes entre MQTT y LoRa.
Descripción de la pasarela RadioShuttle …

Aplicación MQTT Push Client

Los topics de MQTT definidos en la aplicación MQTT Push Client son monitoreados por el servidor push de RadioShuttle MQTT. Cuando se activan, se envían inmediatamente a la aplicación, donde se muestra el mensaje, junto con una señal de audio opcional, como notificación push.
Descripción de la aplicación MQTT Push Client …

Volumen de suministro

Listado de las piezas individuales incluidas en el suministro de Turtle (por tarjeta):

  • Tarjeta Turtle con LoRa
  • Antena SMA
  • Cabezal de pines (2×14) para extensiones (pre-soldadas)
  • Cabezal de pines (2×4) para depurador

Para la primera puesta en servicio es suficiente conectar la antena SMA. El resto es opcional y se describe en la documentación de Turtle. El cable de conexión micro-USB no está incluido y debe adquirirse por separado.

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