Transmisja danych GPS przez LoRaWAN

Projekt oparty na teście transmisji — zamiast licznika wysyłamy pozycję GPS z Grove Air530. Payload zawiera szerokość, długość, wysokość, liczbę satelitów i HDOP.

Sprzęt

Urządzenie	Rola
XIAO ESP32S3	mikrokontroler / LoRaWAN node
Grove – Wio-E5 (LoRa-E5)	moduł LoRa (AT commands przez UART)
Grove – GPS Air530	odbiornik GPS/GNSS (NMEA przez UART)
SenseCAP M2 Multi-Platform Gateway (SX1302, EU868)	bramka LoRaWAN
Grove Shield for XIAO	rozszerzenie złączy Grove na XIAO

Połączenie

ESP32S3 ma trzy sprzętowe UART-y. UART1 zajmuje Wio-E5 przez port Grove UART na shieldzie. GPS Air530 podłączamy do UART2 przez piny breakout na shieldzie.

XIAO ESP32S3 (Grove Shield for XIAO)
 │
 ├─ [UART Grove port]  ──► Grove Wio-E5
 │   D6 / GPIO43 (TX) → E5 RX
 │   D7 / GPIO44 (RX) → E5 TX
 │
 └─ [pin header / breakout] ──► Grove GPS Air530
     D0 / GPIO1  (RX2) ← GPS żółty (TX)
     D1 / GPIO2  (TX2) → GPS biały (RX)  ← opcjonalnie
     3V3                ← GPS czerwony (VCC)
     GND                ← GPS czarny (GND)

notatka

Grove UART na shieldzie jest zajęty przez Wio-E5. GPS łączymy bezpośrednio do pinów breakout na krawędzi shielda — jumperami lub skróconą wtyczką Grove.

Testowanie na zewnątrz

Air530 potrzebuje widoku nieba do uzyskania fixa. Zimny start (cold boot) może zająć do 30 s na otwartym terenie. W budynku fix może być niedostępny — kod wysyła pakiet dopiero gdy pozycja jest ważna.

Konfiguracja bramki i TTN

Zarejestruj bramkę SenseCAP M2 (zobacz Bramka) na TTN, a następnie zarejestruj end-node OTAA w tej samej aplikacji TTN. Potrzebujesz: DevEUI, AppEUI, AppKey.

Biblioteki

Zainstaluj przez Arduino IDE → Tools → Manage Libraries:

Biblioteka	Autor	Zastosowanie
TinyGPS++	Mikal Hart	parsowanie zdań NMEA z Air530

Kod

#include <TinyGPS++.h>

// UART1 → Grove Wio-E5
// TX = GPIO43 (D6), RX = GPIO44 (D7)
#define E5_SERIAL  Serial1
#define E5_RX_PIN  44
#define E5_TX_PIN  43

// UART2 → Grove GPS Air530
// RX = GPIO1 (D0) ← GPS TX (żółty)
// TX = GPIO2 (D1) → GPS RX (biały, opcjonalnie)
#define GPS_SERIAL  Serial2
#define GPS_RX_PIN  1
#define GPS_TX_PIN  2

TinyGPSPlus gps;

// Klucze TTN — uzupełnij
const char* DEV_EUI = "XXXXXXXXXXXXXXXX";
const char* APP_EUI = "0000000000000000";
const char* APP_KEY = "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX";

// Interwał wysyłania — minimum 60 s dla EU868 (duty cycle 1%)
const uint32_t SEND_INTERVAL_MS = 60000;

// -------------------------------------------------------
bool sendAT(const char* cmd, const char* expected, uint32_t timeout_ms = 4000) {
  while (E5_SERIAL.available()) E5_SERIAL.read();
  E5_SERIAL.println(cmd);

  String resp = "";
  uint32_t t0 = millis();
  while (millis() - t0 < timeout_ms) {
    while (E5_SERIAL.available()) resp += (char)E5_SERIAL.read();
    if (resp.indexOf(expected) >= 0) {
      Serial.print("[OK] "); Serial.println(resp);
      return true;
    }
  }
  Serial.print("[FAIL] "); Serial.print(cmd);
  Serial.print(" → "); Serial.println(resp);
  return false;
}

bool joinOTAA() {
  char buf[80];

  sendAT("AT+RESET", "+RESET:", 3000);
  delay(2000);

  if (!sendAT("AT+MODE=LWOTAA", "+MODE: LWOTAA")) return false;
  if (!sendAT("AT+DR=EU868",    "+DR: EU868"))    return false;
  if (!sendAT("AT+CH=NUM,0-7",  "+CH: NUM"))      return false;
  if (!sendAT("AT+CLASS=A",     "+CLASS: A"))      return false;

  snprintf(buf, sizeof(buf), "AT+ID=DevEui,\"%s\"", DEV_EUI);
  if (!sendAT(buf, "+ID: DevEui")) return false;

  snprintf(buf, sizeof(buf), "AT+ID=AppEui,\"%s\"", APP_EUI);
  if (!sendAT(buf, "+ID: AppEui")) return false;

  snprintf(buf, sizeof(buf), "AT+KEY=AppKey,\"%s\"", APP_KEY);
  if (!sendAT(buf, "+KEY: APPKEY")) return false;

  Serial.println("Łączenie z siecią LoRaWAN (OTAA)...");
  return sendAT("AT+JOIN", "+JOIN: Network joined", 30000);
}

void sendPayload(const uint8_t* data, uint8_t len) {
  char cmd[len * 2 + 20];
  strcpy(cmd, "AT+MSGHEX=\"");
  for (uint8_t i = 0; i < len; i++) sprintf(cmd + strlen(cmd), "%02X", data[i]);
  strcat(cmd, "\"");
  sendAT(cmd, "+MSGHEX:", 10000);
}

// -------------------------------------------------------
// Odczyt GPS — czeka max wait_ms na ważne zdanie NMEA
// -------------------------------------------------------
void feedGPS(uint32_t wait_ms) {
  uint32_t t0 = millis();
  while (millis() - t0 < wait_ms) {
    while (GPS_SERIAL.available())
      gps.encode(GPS_SERIAL.read());
  }
}

// -------------------------------------------------------
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);

  E5_SERIAL.begin(9600, SERIAL_8N1, E5_RX_PIN, E5_TX_PIN);
  GPS_SERIAL.begin(9600, SERIAL_8N1, GPS_RX_PIN, GPS_TX_PIN);
  delay(500);

  if (!joinOTAA()) {
    Serial.println("JOIN nieudany! Sprawdź: klucze TTN, zasięg bramki, pasmo EU868.");
    while (1) delay(5000);
  }
  Serial.println("Połączono z LoRaWAN!");
  Serial.println("Oczekiwanie na fix GPS...");
}

void loop() {
  // Czytaj GPS przez 5 s (bez blokowania transmisji LoRa)
  feedGPS(5000);

  if (!gps.location.isValid()) {
    Serial.printf("Brak fixa GPS (satelity: %u, wiek: %lums)\n",
                  gps.satellites.value(), gps.location.age());
    // Nie wysyłaj bez fixa — nie marnuj duty cycle
    return;
  }

  double   lat  = gps.location.lat();
  double   lng  = gps.location.lng();
  float    alt  = gps.altitude.isValid() ? (float)gps.altitude.meters() : 0.0f;
  uint8_t  sats = gps.satellites.isValid() ? (uint8_t)gps.satellites.value() : 0;
  uint8_t  hdop = gps.hdop.isValid()
                    ? (uint8_t)constrain((int)(gps.hdop.hdop() * 10), 0, 255)
                    : 255;

  Serial.printf("GPS: lat=%.6f lng=%.6f alt=%.1fm sats=%u hdop=%.1f\n",
                lat, lng, alt, sats, hdop / 10.0f);

  // Pakowanie 11 bajtów:
  //   [0-3]  szerokość  × 1 000 000 → int32  (np. 52123456 = 52.123456°)
  //   [4-7]  długość    × 1 000 000 → int32
  //   [8-9]  wysokość   w metrach   → int16  (±32767 m)
  //   [10]   liczba satelitów       → uint8
  //   [11]   HDOP × 10              → uint8  (np. 12 = 1.2)
  int32_t ilat  = (int32_t)(lat  * 1e6);
  int32_t ilng  = (int32_t)(lng  * 1e6);
  int16_t ialt  = (int16_t)constrain((int)alt, -32768, 32767);

  uint8_t payload[12];
  payload[0]  = (ilat >> 24) & 0xFF;  payload[1]  = (ilat >> 16) & 0xFF;
  payload[2]  = (ilat >>  8) & 0xFF;  payload[3]  =  ilat         & 0xFF;
  payload[4]  = (ilng >> 24) & 0xFF;  payload[5]  = (ilng >> 16) & 0xFF;
  payload[6]  = (ilng >>  8) & 0xFF;  payload[7]  =  ilng         & 0xFF;
  payload[8]  = (ialt >>  8) & 0xFF;  payload[9]  =  ialt         & 0xFF;
  payload[10] = sats;
  payload[11] = hdop;

  sendPayload(payload, sizeof(payload));

  // Pozostały czas interwału (feedGPS już "zjadł" 5 s)
  if (SEND_INTERVAL_MS > 5000)
    delay(SEND_INTERVAL_MS - 5000);
}

Dekoder payloadu na TTN

1. TTN Console → aplikacja → Payload formatters → Uplink.
2. Wybierz Custom Javascript formatter, wklej:

function decodeUplink(input) {
  var b = input.bytes;

  function int32(b, i) {
    var v = (b[i] << 24) | (b[i+1] << 16) | (b[i+2] << 8) | b[i+3];
    return v | 0;  // force signed
  }
  function int16(b, i) {
    var v = (b[i] << 8) | b[i+1];
    return (v & 0x8000) ? v - 0x10000 : v;
  }

  return {
    data: {
      latitude:   int32(b, 0) / 1e6,
      longitude:  int32(b, 4) / 1e6,
      altitude:   int16(b, 8),
      satellites: b[10],
      hdop:       b[11] / 10.0
    },
    warnings: [],
    errors:   []
  };
}

Weryfikacja

Serial Monitor (115200 baud), urządzenie na zewnątrz:

[OK] +MODE: LWOTAA
...
Połączono z LoRaWAN!
Oczekiwanie na fix GPS...
Brak fixa GPS (satelity: 3, wiek: 1230ms)
GPS: lat=52.123456 lng=21.456789 alt=105.3m sats=8 hdop=1.2
[OK] +MSGHEX: Done

W TTN Console → Live data pakiet powinien pokazać zdekodowane współrzędne.

Wizualizacja na mapie

TTN integruje się z Datacake i Cayenne myDevices, gdzie można wyświetlić dane GPS bezpośrednio na mapie bez własnego backendu.

Brak fixa w budynku

Air530 (cold boot) potrzebuje do 30 s na otwartym niebie. Jeśli po 2–3 minutach nadal brak fixa — sprawdź czy antena GPS ma widok nieba (nie przez beton).