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-====== Einleitung in LoRaWAN ======+====== Einstieg in LoRaWAN mit dem Wio-E5 und Python ======
  
 In diesem Workshop geben wir eine kurze Einführung in LoRaWAN und die Verwendung zusammen mit einem Seeedstudio Wio E5 und einem Raspberry Pi. In diesem Workshop geben wir eine kurze Einführung in LoRaWAN und die Verwendung zusammen mit einem Seeedstudio Wio E5 und einem Raspberry Pi.
Line 5: Line 5:
  
 ===== Was ist LoRaWAN? ===== ===== Was ist LoRaWAN? =====
 +{{pdfjs 75%,500px>:lets_plaiy:lorawan:lorawan-introduction.pdf}}
  
 ===== The Things Network ===== ===== The Things Network =====
 +The Things Network (TTN) versteht sich als globales, kollaboratives Ökosystem, das die [[https://lora-alliance.org/about-lorawan/|LoRaWAN-Technologie]] durch einen offenen Community-Ansatz demokratisiert. Die besondere Bedeutung für die LoRaWAN-Community ergibt sich aus dem kostenlosen Zugang zu einer robusten Netzwerk-Infrastruktur, die es Bastlern und Profis gleichermaßen erlaubt, Sensordaten über große Distanzen zu übertragen, ohne auf teure kommerzielle Anbieter angewiesen zu sein. Die Integration erfolgt dabei flexibel über den [[https://www.thethingsnetwork.org/docs/|TTN-Stack]], der Daten via MQTT oder Webhooks an Endanwendungen weiterreicht und durch integrierte Payload-Formatierer die Interpretation binärer Datenströme vereinfacht. Da TTN auf dem Crowdsourcing-Prinzip basiert – jeder kann ein Gateway beisteuern und so die Abdeckung erweitern – wächst das Netzwerk organisch durch seine [[https://www.thethingsnetwork.org/community|weltweiten Communities]] und schafft so eine flächendeckende Konnektivität, die auf gegenseitiger Unterstützung und offenen Standards fußt.
 +
 +Hier geht es zur Registrierung: [[https://www.thethingsnetwork.org/get-started|Jetzt bei The Things Network registrieren]]
 +Registeriere dich, und lege deine erste Application an, hier fügen wir dann später unseren Wio-E5 ein.
  
 ===== Raspberry Pi und E5 verbinden ===== ===== Raspberry Pi und E5 verbinden =====
 +Verbinde den Raspberry Pi und den E5 über die Pins des Raspberry Pi´s wie folgt:
 +  * 3.3V -> Rotes Kabel
 +  * Ground -> Schwarzes Kabel
 +  * UART0 Tx (GPIO 14) -> Weißes Kabel
 +  * UART0 Rx (GPIO 15) -> Gelbes Kabel
  
-===== Erste manuelle Tests =====+[Suche gerne nach einem sogenannten Pinout im Internet zu dem von dir verwendeten Pi damit du die Kabel richtig anschließen kannst] 
 + 
 +Die Kabelfarben stimmen mit den offiziellen Grove Kabel Farben überein. 
 +3.3V und Ground sind für die Spannungsversorgung zuständig. Tx und Rx sind Teil des von dem Wio-E5 Modul verwendeten Serial Protokolls. Tx steht für Transmit und Rx für Receive. Hier ist Obacht geboten! Dies ist dann keine 1:1 Verbindung sondern diese müssen Überkreuz angeschlossen werden. Rx vom Modul geht zum Tx vom Raspberry Pi und so auch das Tx vom Modul zum Rx vom Pi. 
 + 
 +Um die serielle Schnittstelle auf dem Raspberry Pi zu aktivieren, nutzt man den Befehl ''sudo raspi-config'' welchen man im Terminal eingibt (öffnen kann man dies über den schwarzen Kasten in der oberen Leiste). Navigiere dort zu **Interface Options** -> **Serial Port** (Navigation über Pfeiltasten und Enter). Deaktiviere die **Login shell** (No) und aktiviere die **Serial port hardware** (Yes). Ein anschließender Neustart mit ''sudo reboot'' ist erforderlich. 
 + 
 +Das Terminal werden wir auch im weiteren Teil des Workshops verwenden. 
 + 
 +===== Was sind AT-Befehle und wie funktionieren sie? ===== 
 + 
 +AT-Befehle (abgeleitet von **AT**tention) sind ein standardisierter Befehlssatz zur Steuerung von Modems und Funkmodulen über eine serielle Schnittstelle (UART). In diesem Workshop dienen sie als Brücke zwischen dem Raspberry Pi und dem LoRa-E5 Modul, um komplexe LoRaWAN-Prozesse durch einfache Textbefehle zu steuern. 
 + 
 +==== Funktionsweise im Projekt ==== 
 +Die Kommunikation erfolgt nach einem einfachen Frage-Antwort-Prinzip: Der Raspberry Pi sendet eine Zeichenfolge an das Modul, und das Modul führt die entsprechende Aktion aus oder gibt Informationen zurück.  
 + 
 +  * **Syntax:** Jeder Befehl beginnt mit dem Präfix ''AT''. Parameter werden meist mit einem Gleichheitszeichen (''='') angehängt, während Abfragen oft durch ein Fragezeichen oder den reinen Befehl erfolgen. 
 +  * **Testen:** Ein einfaches ''AT'' dient als Verbindungstest; das Modul antwortet im Idealfall mit "OK". 
 +  * **Konfiguration:** Befehle wie ''AT+ID'' werden genutzt, um Hardware-spezifische Adressen wie die DevEui oder AppEui auszulesen, die für die Registrierung im Netzwerk zwingend erforderlich sind. 
 +  * **Aktion:** Mit Befehlen wie ''AT+JOIN'' wird der komplexe Prozess der Netzwerkanmeldung gestartet. Erst nach einer erfolgreichen Bestätigung durch das Modul ("Network joined") können weitere Befehle zum Senden von Daten (z. B. ''AT+MSG'' für Text oder ''AT+MSGHEX'' für Hexadezimalwerte) genutzt werden. 
 + 
 +{{pdfjs 75%,500px>:lets_plaiy:lorawan:lora-e5_at_command_specification_v1.0_.pdf}}
  
 ===== Tests mit Python (Beispiel Skript) ===== ===== Tests mit Python (Beispiel Skript) =====
 +Für eine komfortable Steuerung des LoRa-Moduls steht das Skript ''LoRaWorkshop.py'' zur Verfügung. Dieses automatisiert die AT-Befehle und bietet eine menügeführte Oberfläche im Terminal.
 +
 +==== Vorbereitung ====
 +Bevor das Skript gestartet werden kann, muss die benötigte Python-Bibliothek installiert werden:
 +<code>
 +pip install pyserial
 +</code>
 +
 +Hier ist außerdem das Skript. Referenziere es gerne um bestimmte Funktionen zu verstehen:
 +<file python LoRaWorkshop.py>
 +import serial
 +import time
 +
 +PORT = "/dev/serial0"
 +BAUD = 9600
 +
 +def send_command(ser, cmd, wait_for="OK", timeout=5):
 +    """Sendet einen Befehl und wartet auf eine Antwort."""
 +    ser.write(f"{cmd}\r\n".encode()) # wichtig ist \r\n zur bestätigung im Emulator
 +    start_time = time.time()
 +    response = ""
 +
 +    while (time.time() - start_time) < timeout:
 +        if ser.in_waiting > 0:
 +            line = ser.readline().decode(errors='ignore').strip()
 +            if line:
 +                print(f"  [Modul]: {line}")
 +                response += line
 +                if wait_for in line:
 +                    return True
 +    return False
 +
 +def main_menu():
 +    try:
 +        ser = serial.Serial(PORT, BAUD, timeout=1)
 +        print("--- LoRa-E5 Schnellwahl-Terminal ---")
 +
 +        while True:
 +            print("\nWas küt ?")
 +            print("1 Test (AT)")
 +            print("2 IDs auslesen (AT+ID)")
 +            print("3 Mit TTN verbinden (AT+JOIN)")
 +            print("4 Nachricht senden (Text)")
 +            print("5 Nachricht senden (Hex)")
 +            print("6 Reset des Moduls") # Falls timeout wegen zuviel anfragen
 +            print("7 Nachricht im Loop senden (alle 45s)")
 +            print("c Beliebigen AT-Befehl senden")
 +            print("q Beenden")
 +            # print("f Mit TTN verbindung Forcen (AT+JOIN=FORCE)")
 +
 +            choice = input("\nAuswahl: ").strip().lower()
 +
 +            if choice == '1':
 +                send_command(ser, "AT")
 +
 +            elif choice == '2':
 +                send_command(ser, "AT+ID")
 +
 +            elif choice == '3':
 +                print("Join-Prozess gestartet...")
 +                keywords = ["done", "joined already"]
 +                ser.write(b"AT+JOIN\r\n")
 +                start_time = time.time()
 +                joined = False
 +
 +                while (time.time() - start_time) < 30:
 +                    if ser.in_waiting > 0:
 +                        line = ser.readline().decode(errors='ignore').strip()
 +                        if line:
 +                            print(f"  [Modul]: {line}")
 +                            line_lower = line.lower()
 +                            if any(key in line_lower for key in keywords):
 +                                joined = True
 +                                break
 +                            if "failed" in line_lower or "busy" in line_lower:
 +                                break
 +
 +                if joined:
 +                    print("Bereit: Modul ist im Netz.")
 +                else:
 +                    print("Timeout oder Fehler beim Join.")
 +
 +            elif choice == '4':
 +                msg = input("Gib deine Nachricht ein: ")
 +                send_command(ser, f'AT+MSG="{msg}"')
 +
 +            elif choice == '5':
 +                hex_payload = input("Gib den Hex-Code ein (z.B. AA BB 01): ")
 +                hex_payload = hex_payload.replace(" ", "") # falls Eingabe Leerzeichen beinhaltet
 +                send_command(ser, f'AT+MSGHEX="{hex_payload}"')
 +
 +            elif choice == '6':
 +                send_command(ser, "AT+RESET")
 +
 +            elif choice == 'f':
 +                send_command(ser, "AT+JOIN=FORCE")
 +                
 +            elif choice == '7':
 +                msg = input("Gib die Nachricht ein, die geloopt werden soll: ")
 +                print("\nLoop gestartet. Drücke STRG+C (bzw. Ctrl+C), um den Loop zu beenden!")
 +                try:
 +                    while True:
 +                        print(f"\nSende Nachricht: {msg}")
 +                        send_command(ser, f'AT+MSG="{msg}"') # Auch mit Sensordaten Möglich einfach msg ändern zu dem Sensor Output
 +                        print("Warte 45 Sekunden auf die nächste Sendung...")
 +                        time.sleep(45)  # Zeitintervall zur loop übermittlung
 +                                        # Es gibt Gesetzliche Vorgaben (5min) für den Abstand von Signalen
 +                                        # Wollen ja nicht die Bundesnetzagentur im nacken haben
 +                except KeyboardInterrupt:
 +                    print("\nLoop durch Benutzer abgebrochen. Kehre zum Menü zurück...")
 +
 +            elif choice == 'c':
 +                msg = input("command: ")
 +                send_command(ser, msg)
 +
 +            elif choice == 'q':
 +                print("Programm beendet.")
 +                ser.close()
 +                break
 +            else:
 +                print("Ungültige Auswahl.")
 +            
 +            time.sleep(1)
 +
 +    except serial.SerialException as e:
 +        print(f"Fehler: Konnte Port {PORT} nicht öffnen ({e})")
 +
 +if __name__ == "__main__":
 +    main_menu()
 +</file>
 +
 +==== Skript starten ====
 +Navigiere im Terminal in den Ordner, in dem die Datei liegt, und führe sie aus:
 +<code>
 +python LoRaWorkshop.py
 +</code>
 +
 +==== Funktionsübersicht ====
 +Nach dem Start erscheint ein Auswahlmenü mit folgenden Optionen:
 +
 +^ Auswahl ^ Funktion ^ Beschreibung ^
 +| **1** | Test (AT) | Prüft, ob die RX/TX-Verbindung zum Modul steht. |
 +| **2** | IDs auslesen | Zeigt DevEui, DevAddr und AppEui für die TTN-Registrierung an. |
 +| **3** | Mit TTN verbinden | Startet den Join-Prozess (AT+JOIN). Ein Gateway muss erreichbar sein. |
 +| **4** | Nachricht senden (Text) | Übermittelt eine Nachricht im Klartext. |
 +| **5** | Nachricht senden (Hex) | Übermittelt Daten als Hexadezimal-Zeichen (ASCII-Code). |
 +| **6** | Reset | Startet das LoRa-Modul neu, falls es nicht reagiert. |
 +| **7** | Loop-Modus | Sendet automatisch alle 45 Sekunden eine Nachricht. |
 +| **f** | Verbindung erzwingen | Verlässt bestehende Sitzungen und erzwingt einen neuen Join (Force). |
 +| **q** | Beenden | Schließt das Skript (auch per STRG+C möglich). |
 +
 +> **Hinweis:** Die Funktionen zur Datenübertragung (Text/Hex/Loop) stehen erst zur Verfügung, wenn die Netzwerkanfrage erfolgreich war und das Modul "Network joined" meldet.
 +
 +==== Payload Decoder ====
 +Um die Daten, welche in TTN über LoRaWAN ankommen, zu decodieren kann ein sogenannter Payload Decoder hinterlegt werden. Da die Daten in diesem Fall über die ASCII Tabelle (Gerne mal googeln) codiert wurden in Hexadezimal, sieht der Decoder in diesem Fall so aus:
 +<file javascript decoder.js>
 +function decodeUplink(input) {
 +  var bytes = input.bytes;
 +  
 +  // Konvertierung der Bytes in einen String (ASCII)
 +  var text = "";
 +  for (var i = 0; i < bytes.length; i++) {
 +    text += String.fromCharCode(bytes[i]);
 +  }
 +
 +  return {
 +    data: {
 +      type: "TEXT_MSG",
 +      message: text,
 +      length: bytes.length
 +    }
 +  };
 +}
 +</file>
 +
 +===== Credits =====
 +Die Entwicklung des Python Scripts sowie die Anleitung für die manuellen Tests wurden durch den Studenten Tim Oswald im Rahmen seiner Bachelorarbeit durchgeführt. Hier der Link zu seinem erstellten Cheatsheet: {{ :lets_plaiy:lorawan:workshop_3_begrifflichkeiten.pdf | Cheatsheet}}
  
  
lets_plaiy/lorawan/start.1777301572.txt.gz · Last modified: 2026/04/27 16:52 by jan.sonntag