🇧🇷🇺🇸🇪🇸
Engenharia Eletrônica

Hub LoRaWAN com Raspberry Pi e RAK833

Hub LoRaWAN com Raspberry Pi, RAK833, Ethernet e PoE

Este projeto surgiu da necessidade de criar um ponto concentrador para uma aplicação de monitoramento distribuído em campo, na qual diversos dispositivos remotos utilizavam comunicação LoRa e precisavam encaminhar seus dados para a infraestrutura local do cliente.

A solução fazia parte de um sistema maior, utilizado em aplicações de monitoramento remoto, e exigia um gateway capaz de receber os dados dos nós distribuídos, concentrá-los e entregá-los à rede Ethernet do cliente.

A ECK participou do desenvolvimento do hardware desse hub, integrando alimentação por PoE, interface Ethernet, Raspberry Pi e o concentrador LoRaWAN RAK833, além das proteções necessárias para instalação em ambiente externo.

Do LoRa em campo ao processamento local

A arquitetura do sistema era baseada em comunicação LoRa entre os dispositivos remotos e um ponto concentrador instalado em posição elevada.

Esse concentrador recebia os pacotes provenientes dos nós de campo e os encaminhava para a infraestrutura do cliente.

Na prática, o hub fazia a ponte entre a rede de rádio e a rede local.

Isso permitia que diversos dispositivos espalhados em uma área extensa transmitissem informações sem a necessidade de cabeamento individual até o ponto de processamento.

RAK833 como concentrador LoRaWAN

Para a camada de concentração LoRaWAN foi utilizado o RAK833 WisLink LPWAN Concentrator.

O RAK833 é um concentrador LoRaWAN baseado no SX1301, em formato mini PCIe, desenvolvido para integração em gateways e plataformas embarcadas.

Ele oferece múltiplos canais de recepção simultânea e foi utilizado em conjunto com um Raspberry Pi, que executava o software necessário para receber e encaminhar os dados da rede LoRaWAN.

A combinação entre RAK833 e Raspberry Pi permitia aproveitar bibliotecas e ferramentas já disponíveis para esse tipo de aplicação, reduzindo a complexidade do desenvolvimento da camada de protocolo.

Raspberry Pi como núcleo do gateway

O Raspberry Pi funcionava como núcleo de processamento do hub.

Ele recebia os dados do concentrador RAK833, tratava o fluxo de comunicação e encaminhava essas informações através da interface Ethernet para a rede local do cliente.

O processamento final das informações era realizado em um computador ou servidor localizado na própria instalação.

Essa arquitetura permitia separar o gateway de rádio da lógica específica da aplicação, mantendo o hub focado na recepção, concentração e encaminhamento dos dados.

Ethernet e alimentação por PoE

Um dos requisitos importantes do projeto era simplificar a instalação física do equipamento.

O hub era instalado em uma posição elevada, o que tornava pouco conveniente utilizar cabos separados para dados e alimentação.

Por isso, a entrada Ethernet utilizava PoE.

O mesmo cabo que fazia a comunicação de dados também fornecia a energia necessária para alimentar o Raspberry Pi, o concentrador e a eletrônica auxiliar.

Essa solução reduzia a quantidade de cabeamento e facilitava a instalação e a manutenção do equipamento.

Projeto para instalação em torre

Como o hub ficava instalado em ponto alto e exposto ao ambiente externo, a eletrônica precisava considerar condições mais severas do que uma aplicação interna convencional.

Foram incorporadas proteções contra surtos e descargas, especialmente nas interfaces que deixavam o equipamento exposto ao ambiente e ao cabeamento externo.

Esse cuidado era importante para aumentar a confiabilidade do conjunto e reduzir o risco de falhas provocadas por eventos elétricos e atmosféricos.

Integração entre rádio e rede local

Do ponto de vista funcional, o equipamento fazia a interligação entre dois domínios: dispositivos remotos transmitindo via LoRa e a infraestrutura Ethernet do cliente.

Os dados recebidos pelo concentrador eram tratados pelo Raspberry Pi e enviados para a rede local, onde o sistema do cliente realizava o processamento final.

Essa arquitetura permitia manter o sistema de rádio concentrado em um único ponto e integrar os dados recebidos diretamente à infraestrutura de TI já existente.

Desenvolvimento de hardware para gateway LoRaWAN

O papel da ECK foi transformar a combinação entre Raspberry Pi, concentrador RAK833, Ethernet e PoE em um equipamento utilizável em campo.

Isso envolveu o desenvolvimento da interface de alimentação, integração mecânica e elétrica dos módulos, conexão de rede e proteção adequada para operação externa.

O desafio não era simplesmente conectar módulos prontos, mas criar um produto robusto, instalável e adequado ao ambiente real de utilização.

Aplicação em sistemas distribuídos

Soluções baseadas em LoRa e LoRaWAN são particularmente adequadas para aplicações com muitos pontos remotos, baixo volume de dados e necessidade de comunicação a longas distâncias.

Nesse tipo de sistema, o gateway exerce uma função central: concentrar os dados recebidos de diversos nós e disponibilizá-los para processamento.

Este projeto mostra como essa função pode ser implementada utilizando um concentrador LoRaWAN dedicado, uma plataforma Linux embarcada e uma interface Ethernet com PoE.

A ECK desenvolveu o hardware necessário para transformar essa arquitetura em um hub pronto para operação em campo.

Veja também outros projetos de engenharia eletrônica desenvolvidos pela ECK.

Tecnologias envolvidas

LoRaLoRaWANRAK833Raspberry PiEthernetPoEProteção contra surtos

Precisa desenvolver um gateway LoRaWAN?

A ECK atua na integração de rádio, processamento embarcado, Ethernet e alimentação PoE para aplicações de campo.

Falar com a ECK