Полевой узел
Датчики подключены к микроконтроллеру. Он считывает значения, формирует payload и передает его через LoRa радио.
Главная идея
Архитектура проекта
Проект делится на полевую часть, сеть передачи и серверную часть. Это помогает понимать, где измеряются данные, где они маршрутизируются и где становятся полезными графиками.
LoRaWAN сеть
Шлюз принимает радио-сигнал и отправляет пакет на network server, например The Things Network.
Backend и база
Backend получает uplink, декодирует поля, проверяет формат и записывает временные ряды в базу данных.
Grafana
Grafana подключается к базе и показывает графики, статусы, последние значения и предупреждения.
Путь одного измерения
Поток данных
1
Датчик
Измеряет температуру, влажность, освещенность или CO2.
2
Микроконтроллер
Считывает сигнал, упаковывает данные, экономит батарею.
3
LoRa радио
Передает короткий пакет на большое расстояние.
4
Шлюз
Принимает радиосигнал и отправляет пакет в интернет.
5
TTN
Проверяет устройство, маршрутизирует uplink, вызывает интеграцию.
6
Backend
Декодирует payload и пишет данные в базу.
7
Grafana
Строит графики и делает данные понятными.
Что понадобится
Список железа
Минимальный узел
- Микроконтроллер: ESP32, STM32 или Arduino-compatible плата.
- LoRa модуль: RFM95, SX1276/SX1278 или плата с LoRaWAN.
- Датчик: BME280, SHT31, DS18B20, MH-Z19B или аналог.
- Питание: USB для отладки, батарея для полевого режима.
- Антенна подходящей частоты: например 868 МГц для EU.
Сеть и сервер
- LoRaWAN gateway дома или доступный public gateway.
- Аккаунт и application в The Things Network.
- Backend endpoint: HTTP, MQTT consumer или Node-RED.
- База данных: InfluxDB, TimescaleDB или PostgreSQL.
- Grafana для дашбордов и базовых alert-правил.
Как соединить
Подключение компонентов
Датчик -> микроконтроллер
I2C, SPI, OneWire или UART. Например BME280 обычно подключается по I2C.
Микроконтроллер -> LoRa радио
Чаще всего SPI: MOSI, MISO, SCK, NSS, DIO0, питание и земля.
LoRa radio -> gateway
Беспроводная передача LoRaWAN. Устройство не подключается к Wi-Fi.
Gateway -> TTN
Шлюз подключен к интернету через Ethernet, Wi-Fi или LTE.
TTN -> backend
HTTP webhook или MQTT integration передает расшифрованные uplink-события.
Database -> Grafana
Grafana читает временные ряды и превращает их в панели мониторинга.
Маршрут сборки
Пошаговый план проекта
-
Шаг 1
Выбрать измерение
Начните с одного датчика: температура и влажность проще всего для первой версии.
-
Шаг 2
Собрать узел на столе
Подключите датчик и LoRa модуль, проверьте чтение значений через serial output.
-
Шаг 3
Зарегистрировать устройство
Создайте application в TTN, добавьте device и сохраните ключи OTAA.
-
Шаг 4
Отправить первый uplink
Прошивка должна подключиться к сети и отправить payload с тестовыми данными.
-
Шаг 5
Настроить декодер
В TTN или backend преобразуйте байты payload в понятные поля: temp, humidity, battery.
-
Шаг 6
Сохранить данные
Backend принимает события и пишет их в базу с timestamp и device_id.
-
Шаг 7
Собрать дашборд
В Grafana создайте панели: последние значения, график за сутки, батарея, RSSI/SNR.
-
Шаг 8
Вынести узел в поле
Проверьте корпус, питание, антенну, интервал передачи и стабильность связи.
Важно различать
Роли компонентов
Датчик
Измеряет физический параметр и отдает цифровое или аналоговое значение.
Микроконтроллер
Управляет логикой: считывает датчики, спит, просыпается, формирует пакет.
LoRa радио
Передатчик на устройстве. Отвечает за дальнюю радиосвязь, но не является интернетом.
Gateway
Мост между LoRa радиоканалом и IP-сетью. Обычно не анализирует смысл данных.
Network server
LoRaWAN-уровень: регистрация устройств, ключи, deduplication, routing, integrations.
Backend
Принимает данные из TTN, проверяет их, декодирует и готовит к хранению.
Database
Хранит измерения как временные ряды, чтобы их можно было быстро читать за период.
Grafana
Визуализирует данные из базы и помогает заметить тренды, сбои и разряд батареи.