Modem sans fil RC-RICK-868-EV (Test)

Dans cet article, nous allons examiner le RC-RICK-868-EV. Il s'agit d'un kit fabriqué par Radiocontrolli pour évaluer l'un de leurs nombreux modules radio. Dans ce cas, le RC-RICK-868 est un modem radio avec une interface UART utilisant la modulation LoRa. Il est conçu pour la communication longue distance dans une configuration point à point, plutôt que pour la connexion à des réseaux LoRaWAN.  

Déballage et premières impressions

Le kit d'évaluation RC-RICK-868-EV comprend deux modules USB, deux antennes et un guide de démarrage rapide.
  L'assemblage comprenant un connecteur uFL, une antenne SMA boulonnée à travers le PCB, et un pigtail uFL vers SMA semble un peu inhabituel. Comme la sortie RF du module est également connectée à la broche 16 du module, il aurait été plus judicieux de router une piste du circuit imprimé depuis la broche 16 du module vers un connecteur SMA vertical soudé au circuit imprimé.
 
Soyez prudent lorsque vous utilisez un ordinateur portable. Il est préférable de le surélever du bureau ou d'utiliser une rallonge ou un hub USB. Sinon, vous risquez d'endommager le port USB de l'ordinateur portable, car la partie coudée du pigtail située sous le module empêche d'insérer le connecteur bien à plat.
 
Le module RF peut également être acheté séparément, sans l'adaptateur USB, pour être intégré dans n'importe quel projet. Cela permet d'obtenir un circuit imprimé beaucoup plus compact. Il suffit de connecter les broches RX et TX du module aux broches UART nécessitant une transmission sans fil. Dans ce cas, vous devrez fournir votre propre antenne et un circuit intégré séparé USB-série si nécessaire.  
  Les modules sont basés sur le circuit intégré STM32WLE5JC, qui est le fruit d'une collaboration entre STMicroelectronics et Semtech. Ce circuit contient un microcontrôleur ARM Cortex-M4 et un émetteur-récepteur RF sur la même puce de silicium. Le module RC-RICK-868 est préprogrammé par Radiocontrolli en tant que liaison série sans fil.

Premiers tests du RC-RICK-868

Connectons les deux dongles à des ports distincts sur un hub USB, comme illustré ci-dessous :
  Sur mon ordinateur portable Windows 11, j'ai dû installer les pilotes USB-série CP2102 à partir du site web de Silicon Labs (alias Silabs), ce qui était prévisible. Cette obligation est également mentionnée dans la documentation de Radiocontrolli.   
 
La configuration des modules est simple : il suffit d'envoyer ce que l'on appelle des  « commandes AT » à l'aide de n'importe quel logiciel de terminal. Nous avons opté pour RealTerm. Vous trouverez une liste de toutes les commandes AT dans la fiche technique du module.
 
Lors de la première mise sous tension, le guide de démarrage rapide recommande de définir les valeurs de plusieurs paramètres. Ces valeurs sont stockées dans la mémoire Flash pour perdurer lors des cycles d'alimentation, à moins que le module ne soit explicitement configuré autrement (à l'aide de la commande AT+AutoSave). Les paramètres sont les suivants : la fréquence LoRa, la bande passante, le facteur d'étalement, le taux de codage et la longueur du préambule. Dans le cadre de cet essai, nous nous en tiendrons aux valeurs par défaut suggérées.
 
L'utilisation de n'importe quel émulateur de terminal rend ce processus très simple. Radiocontrolli propose également un petit outil avec les commandes AT les plus utiles préenregistrées, ce qui rend le processus encore plus fluide :
  Nous devons exécuter cette procédure deux fois : une fois pour l'émetteur et une fois pour le récepteur.
 
Les modules démarrent toujours en mode « TX » . J'ai décidé arbitrairement que COM3 serait l'émetteur et COM4 le récepteur. Il est nécessaire d'envoyer la commande « AT+RX » à COM4 avant de pouvoir tester la transmission. Ensuite, à l'aide de l'émulateur de terminal (dans ce cas, RealTerm), nous pouvons envoyer notre premier message sans fil :
  Et effectivement, notre « hello » est transmis sans fil entre les deux ports série USB. Bien que cela soit satisfaisant, ce n'est pas extraordinaire, étant donné que les deux antennes n'étaient séparées que de 15 cm. Essayons maintenant la portée de transmission avec des distances plus réalistes entre les unités TX et RX !

Test de portée

Pour les tests de portée, l'un des modules (faisant office d'émetteur) reste connecté à un PC. À l'aide d'un script Python, les données sont transmises en continu avec un délai d'une seconde entre chaque transmission. Ce délai est essentiel car la transmission en continu est strictement interdite dans la plupart des pays. En Europe, le rapport cyclique maximal autorisé (temps d'émission divisé par le temps total) pour la fréquence 868 MHz est de 1 %. Il est essentiel de vérifier les réglementations locales en vigueur dans votre pays.
 
Par souci de simplicité et pour s'aligner sur la nature de LoRa, conçu pour transmettre de petites quantités de données, nous avons opté pour l'envoi d'un seul caractère ASCII en alternance : 0, 1, 0, 1...
 
Le module récepteur est ensuite connecté au port USB d'un ordinateur portable. À l'aide d'un émulateur de terminal, nous ouvrons le port série correspondant et observons les caractères reçus : 0, 1, 0, 1...
 
Ensuite, nous sortons l'ordinateur portable dans la rue et nous nous éloignons progressivement de l'émetteur jusqu'à ce que le flux de données s'arrête. Cela indique le moment où la connexion est perdue.
 
Avec les réglages par défaut et l'antenne fournie par Radiocontrolli, nous avons pu atteindre une portée utilisable de plus de 800 mètres ! Ceci a été réalisé dans un environnement urbain, avec l'émetteur situé à l'intérieur d'un bâtiment en béton. Dans un environnement plus rural, avec une ligne de visée (LOS) dégagée entre l'émetteur et le récepteur, une portée de plusieurs kilomètres devrait être possible. Les utilisateurs expérimentés ont la possibilité d'affiner les paramètres RF de LoRa, et l'utilisation d'une antenne plus grande avec un gain plus élevé pourrait étendre davantage encore la portée.

Construction d'un capteur distant avec le RC-RICK-868

L'un de mes amis possède une cave à vin souterraine sous sa maison. Il souhaitait surveiller la température et l'humidité à l'intérieur de la cave sur des périodes prolongées, allant de quelques jours à plusieurs mois. Cependant, l'établissement d'une connexion sans fil fiable entre la cave et la maison représentait un défi de taille. C'est l'occasion rêvée d'essayer la technologie LoRa, connue pour son immunité aux interférences et sa forte atténuation.
 
Pour simuler un scénario plus réaliste, nous avons connecté le module émetteur à un ordinateur portable installé dans la cave à vin située sous la maison. Pendant ce temps, le module RX était branché sur un autre ordinateur portable que nous avons promené dans la maison.
 
Dans les cas typiques, les utilisateurs d'un tel système voudraient transmettre plus qu'un simple caractère. Pour imiter cela, nous avons modifié le script Python du côté de l'émetteur pour envoyer des valeurs simulées de température et d'humidité : +13,5 °C et 65,0 % HR.
 
Le module RX peut être configuré pour afficher l'intensité du signal reçu après chaque paquet à l'aide de la commande AT+ACKRSSI=1. Cette fonction peut être particulièrement utile pour valider les performances de l'antenne ou pour affiner les paramètres RF LoRa à l'aide des commandes appropriées.
 
Une fois de plus, les paramètres par défaut ont donné de bons résultats. Nous n'avons pas réussi à localiser un endroit dans la maison où le module RX ne pouvait pas recevoir le message envoyé par le module TX. Dans le cas le plus difficile, l'indicateur d'intensité du signal reçu (RSSI) enregistré était de -71 dBm, ce qui a permis au module RX de décoder le signal sans problème. Selon la fiche technique, la sensibilité maximale du récepteur est de -140 dBm, ce qui laisse encore une marge suffisante.
  Avec le RC-RICK-868, un Arduino Pro Mini, une batterie Li-ion de type 18650, le célèbre capteur de température/humidité DHT22/AM2302 et un boîtier électrique compact, la fabrication d'un capteur sans fil personnalisé devient un processus simple. La transmission de données toutes les 10 minutes et la mise en œuvre de modes d'économie d'énergie devraient permettre une durée de vie de la batterie de plusieurs années.   
    Au moment où j'écris ces lignes, mon ami travaille sur le code Arduino. Il s'amuse beaucoup à peaufiner son code pour lire les données du capteur AM2302 et optimiser l'utilisation des modes basse consommation dans l'Arduino et le RC-RICK-868. Je suis sûr qu'il va réussir, maintenant que nous avons testé la liaison radio !

Applications du RC-RICK-868

Dans l'exemple précédent, nous avons établi une connexion entre un capteur « sur le terrain » et une station de base pour transférer les valeurs mesurées par le capteur. Un autre cas d'utilisation possible serait la construction d'une télécommande. La distance entre ces deux nœuds peut aller de quelques mètres à plusieurs kilomètres.
 
Le RC-RICK-868 a également la capacité de crypter la transmission radio en utilisant AES. Bien que le cryptage n'ait pas été nécessaire pour nos tests, cette fonction pourrait s'avérer très utile pour certaines applications.

Développements futurs et autres applications

Les modules RC-RICK-868, préprogrammés par Radiocontrolli, sont construits sur la base d'un autre module proposé par le même fabricant : le RC-WLE5-868. Contrairement au RC-RICK-868, le RC-WLE5-868 nécessite une programmation personnalisée. Il peut par exemple être utilisé pour créer un dispositif LoRaWAN connecté au réseau The Things Network (TTN). Radiocontrolli nous a informés que des exemples logiciels seront prochainement accessibles sur leur site web.   
 
En plus, des versions 433 MHz (RC-WLE5-433 et RC-RICK-433) seront présentées. Cela offrira plus de possibilités à l'utilisateur, en fonction des bandes ISM disponibles dans les différentes régions.
 
Il est important de noter que même si ces modules intègrent le matériel approprié pour être configurés en tant que nœuds LoRaWAN, ils ne sont pas conçus pour être utilisés en tant que passerelles LoRaWAN.

Conclusion

Dans l'ensemble, ce kit d'évaluation LoRa constitue un complément convaincant à votre boîte à outils. La caractéristique la plus remarquable est que les deux modules sont préprogrammés pour une communication série point à point transparente, ce qui simplifie considérablement le processus de conception. Avec un prix de 78 € + TVA pour les deux dongles USB et les antennes, il ne s'agit peut-être pas du kit LoRa le plus économique du marché. Néanmoins, le confort procuré par l'obtention de tous les composants essentiels dans un seul paquet est appréciable.

Les modules RC-RICK-868 peuvent également être achetés individuellement, au prix d'environ 16 € + TVA chacun. Opter pour des achats séparés et se procurer ses propres convertisseurs USB-série et antennes pourrait constituer une alternative plus économique.  

Traduction : Laurent RAUBER