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IoT DevKit - 8. Envio de Dados por LoRaWAN



Introdução

No tutorial anterior tivemos o nosso primeiro contato com o módulo LoRaWAN Bee, porém não chegamos a fazer o que realmente se espera de um dispositivo IoT, ou seja, ainda não nos conectamos à rede. Consequentemente ainda não chegamos a enviar a nossa primeira mensagem.

Neste tutorial iremos aprender como configurar corretamente a plataforma online, como utilizar os comandos da biblioteca para estabelecermos a primeira conexão e enviar a primeira mensagem.

Lista de Materiais

Configuração da Plataforma

Neste kit usaremos a PROIoT como plataforma de exibição de dados, portanto primeiramente crie a sua conta na plataforma para que possamos prosseguir. Além disso, iremos utilizar uma linha ATC paga para nos conectar e enviar as mensagens, portanto realize a compra do plano antes de tentar qualquer conexão com a plataforma. Lembre-se de verificar a disponibilidade da linha ATC na sua região antes de efetuar a compra.

Criação do Dispositivo

Agora que a conta está criada e o plano está comprado, temos que criar uma "Aplicação" dentro da sua "Organização" antes de configurar um dispositivo LoRaWAN. Para isso, acesse a seção "Organização" da plataforma, onde será exibido um resumo de sua "Organização" com o número de "Aplicações", "Tokens API", "Gateways", "Perfis - LoRa Privado" e "Perfis - ATC LoRaWAN". Então clique sobre esta janela de resumo, como na primeira imagem abaixo. Caso você ainda não tenha uma "Organização", apenas clique no botão "+ Organização" digite um nome para ela e pressione o botão de confirmação verde. Ao clicar sobre a janela de resumo, você é redirecionado para uma página de configuração da "Organização", mais especificamente para a seção de "Aplicações". Com esta seção aberta, pressione o botão "+ Aplicação" digite um nome para ela e pressione o botão de confirmação verde, como na segunda imagem abaixo.

resumo-organizacao
Resumo da "Organização"

criacao-aplicacao
Criação da "Aplicação"

Assim que a "Organização" e a "Aplicação" estiverem corretamente criadas e configuradas, acesse a seção "Dispositivos" da plataforma para iniciarmos a configuração. Ao acessar essa seção, clique sobre o botão "+ Dispositivo" da página, como na imagem abaixo.

secao-dispositivo
Seção "Dispositivos"

Ao pressionar o botão, é exibida uma janela de criação de um novo dispositivo, como na imagem a seguir.

criacao-novo-dispositivo
Criação de Novo Dispositivo

Neste momento temos de escolher a tecnologia que utilizaremos para conectar o nosso dispositivo à plataforma. Para este tutorial, selecione a opção "LoRaWAN". Após a seleção da tecnologia, temos que selecionar o "Modelo" de dispositivo, e, como o LoRaWAN Bee não está listado nas opções, temos que selecionar a opção "Dispositivo genérico", como na próxima imagem.

selecao-modelo
Seleção de Modelo

Agora que a tecnologia e o modelo de dispositivo estão devidamente configurados, temos que selecionar o tipo de conectividade que usaremos com este dispositivo. No caso deste tutorial, usaremos a opção "Rede ATC LoRaWAN", como na imagem a seguir.

selecao-conectivdade
Seleção de Conectividade

Com a conectividade selecionada, a plataforma irá apresentar uma janela de configuração dos dados do dispositivo, como na imagem abaixo. Com esta janela aberta, digite o nome de seu dispositivo no campo "Nome do Dispositivo". Além do nome do dispositivo, aproveite para selecionar a sua rede ATC adquirida no campo "Conectividade LoRaWAN", antes de conectarmos o LoRaWAN Bee ao computador. Se não houver nenhuma opção nesse campo de conectividade, significa que não há um plano ATC disponível e você deve adquirir um (veja nosso tutorial sobre esse passo a passo).

configuracao-dispositivo
Configuração do Dispositivo

Agora que estas coisas mais simples estão configuradas na plataforma, podemos atrelar e salvar as informações que serão usadas de fato pelo dispositivo. Primeiramente digite o "Device EUI" (que aprendemos como obter no tutorial anterior), no campo "Device EUI" na plataforma. Feito isso, vamos gerar aleatoriamente os códigos "Application EUI" e "Application Key", que possuem 16 e 32 caracteres hexadecimais (8 e 16 bytes), respectivamente. Para gerar estes valores aleatoriamente, basta clicar sobre a seta em formato circular nos respectivos campos, como na imagem a seguir.

geracao-aleatoria-application-eui
Geração Aleatória de "Application EUI"

Com esses valores gerados, garanta que o dispositivo da plataforma está configurado com o método de conexão "OTAA" no campo "Ativação de Segurança", como na imagem abaixo.

ativacao-seguranca-otaa
Ativação de Segurança como OTAA

Por fim, basta verificar se os campos "Criptografia de Segurança", "Classe de Dispositivo" e "Tamanho do Contador" estão selecionados como "NS", "A" e "4", respectivamente. Além disso, altere o campo "Formato de Payload", que está com a opção "Hexadecimal" pré-selecionada pela plataforma, para a opção "JSON". Quando tudo estiver certo, o seu dispositivo deve estar parecido com o da próxima imagem.

configuracao-final-dispositivo-plataforma
Configuração Final do Dispositivo na Plataforma

Com o dispositivo finalmente configurado, clique sobre o símbolo de confirmação verde na parte de baixo da página para que a criação do dispositivo seja finalizada. Após pressionar o botão, é exibido na lista de "Dispositivos" o dispositivo que acabamos de criar, como na imagem a seguir.

dispositivo-criado
Dispositivo Criado

Configuração da Variável

Agora que o nosso dispositivo está criado e devidamente configurado, podemos criar uma variável para armazenar os valores que enviaremos posteriormente. Para isso, clique sobre o dispositivo criado e então pressione o botão "+ Variável" para entrar no campo de criação, como na imagem a seguir.

criacao-variavel
Criação de Variável

Com esta janela de configuração aberta, digite um nome para a sua variável, e então digite sua unidade como "%", já que vamos receber a porcentagem de luminosidade ambiente na plataforma. Além disso, certifique-se que os "Pontos Decimais" estão configurados como "0", e digite o nome "Luminosidade" no campo "Alias" (o código de exemplo deste tutorial possui este nome de Alias pré configurado, porém você você pode utilizar outro nome se preferir, lembrando de alterar a variável no código também). Após estas configurações, sua variável deve estar como a da imagem abaixo.

configuracao-variavel
Configuração da Variável

Com a variável devidamente configurada, pressione o botão de confirmação verde para que a variável seja criada. Após pressionar o botão, é possível observar a variável na lista do dispositivo.

Edição do Painel

Agora temos que acessar o nosso "Painel", para adicionarmos um "Widget" para exibir as mensagens que enviaremos para a plataforma. Com o painel aberto, selecione o botão "+ Widget" e selecione a opção "Métrico", como na imagem a seguir.

selecao-widget-metrico
Seleção do "Widget" Métrico

Ao pressionar esta opção, você é direcionado para uma página de edição do "Widget". Nesta janela, configure primeiramente a sua "Organização" e a sua "Aplicação", e então selecione a variável criada neste tutorial, dentro do dispositivo previamente configurado (ela deve aparecer embaixo do nome do dispositivo - "test-device" na imagem). Com estas primeiras configurações feitas, altere o "Nome do Widget", a cor de exibição da variável e adicione um ícone de exibição, se desejar. Por fim, a sua tela de configuração deve estar parecida com a da próxima imagem.

configuracao-widget
Configuração do "Widget"

Com a configuração concluída, pressione o botão de confirmação verde, e observe o "Widget" ser adicionado ao seu painel, como na imagem abaixo.

widget-adicionado-painel
"Widget" Adicionado ao Painel

Vale lembrar que você pode editar o tamanho de exibição do "Widget", se desejar. Basta pressionar o botão direito do mouse sobre a seta no canto inferior direito do "Widget" e arrastá-lo para "dentro" ou para "fora" enquanto o botão está pressionado.

Software

Biblioteca

No tutorial anterior já instalamos a biblioteca "SMW_SX1276M0", porém para fazermos o envio de dados neste tutorial, iremos usar a biblioteca "ArduinoJson". Para instalá-la vamos acessar o "Gerenciador de Bibliotecas" da IDE, através do caminho da imagem abaixo.

caminho-gerenciador-bibliotecas
Caminho para o "Gerenciador de Bibliotecas"

Com o gerenciador aberto, digite na barra de pesquisa "arduinojson" e então pressione "Enter" no seu teclado, assim a lista exibirá como primeira opção a biblioteca que usaremos neste tutorial, como na próxima imagem.

biblioteca-arduinojson-encontrada
Biblioteca "ArduinoJson" Encontrada

Agora basta pressionar o botão "Instalar" e aguardar alguns instantes. Quando a biblioteca estiver instalada, será exibida a etiqueta "Instalada" ao lado do nome dela, como na imagem a seguir.

biblioteca-instalada
Biblioteca Instalada

Código

Agora que todas as bibliotecas necessárias já estão instaladas, copie e carregue o código a seguir para a sua placa. Antes de carregar, apenas lembre-se de alterar as variáveis que armazenam o "Application EUI" (APPEUI), o "Application Key" (APPKEY) e o Alias (ALIAS) com os valores configurados na plataforma.

Entendendo o Código

Primeiramente verificamos se o modelo de placa selecionado na Arduino está correto e retornamos uma mensagem de erro personalizada caso não esteja. Em seguida incluímos no código as bibliotecas que usaremos para nos comunicar com o módulo, conectar com a rede, enviar mensagens e converter os valores lidos pelo sensor de luminosidade.

Com as bibliotecas adicionadas, criamos o objeto LoRaSerial a partir da biblioteca "HardwareSerial" e definimos os pinos digitais do ESP32 que usaremos para nos comunicar com o LoRaWAN Bee. Com o objeto LoRaSerial criado, nós o utilizamos para criar o objeto lorawan a partir da biblioteca "SMW_SX1276M0", configurando assim que o programa utilizará a comunicação serial dos pinos RXD2 e TXD2 para enviar e receber informações do módulo.

Então nós declaramos as variáveis APPEUI e APPKEY, que armazenam justamente os códigos do "Application EUI" e do "Application Key", respectivamente, que foram gerados aleatoriamente pela plataforma. Logo em seguida, a variável ALIAS é declarada para armazenar o nome do Alias que você configurou na sua variável da plataforma. Antes destas variáveis, nós criamos o objeto resposta do tipo CommandResponse da biblioteca "SMW_SX1276M0", pois ele será responsável por armazenar as respostas dos comandos executados.

Como não queremos que o código envie mensagens muito rapidamente, para não acabar com o número máximo de "Uplinks" antes do final do mês, nós declaramos a variável TEMPO_ESPERA que armazena o tempo que o módulo irá levar entre uma mensagem e outra, juntamente com a variável intervalo, que ajudará a realizar este intervalo entre envios. Por fim declaramos a variável PINO_LDR, que armazena o pino em que o sensor está conectado; a variável leitura_LDR, que armazena a leitura do sensor; e a função event_handler, que verifica se o módulo se conectou à rede.

Já na configuração do código, começamos iniciando o monitor serial com a velocidade de 115200 bps ("bits per second"), a mesma velocidade de comunicação usada para configurar a comunicação com LoRaWAN Bee através do comando LoRaSerial.begin(115200, SERIAL_8N1, RXD2, TXD2). Entretanto, antes da inicialização da comunicação na ESP32, nós configuramos o pino de reset do módulo (conectado ao pino 5 da ESP32) e efetuamos a reinicialização para iniciar corretamente a comunicação. Juntamente com estas inicializações, nós declaramos o pino conectado ao sensor como uma entrada do sistema e atribuímos a função event_handler ao objeto lorawan.

Agora finalmente começamos a obter e a configurar informações no módulo, e a primeira delas é o "Device EUI", que é impresso no monitor serial se o módulo retornar uma mensagem "<OK>", como vimos no tutorial anterior. Com esta mesma condição, nós configuramos no módulo os códigos para o "Application EUI" e para o "Application Key", juntamente com a configuração do método de conexão para OTAA. Para finalizar a configuração do código, nós enviamos a requisição de conexão para a rede através da função lorawan.join().

Atenção: cada procedimento de conexão na rede (join) em modo OTAA consome uma mensagem de "Downlink" para notificar o dispositivo que o acesso foi bem-sucedido.

Finalmente na repetição do código, nós iniciamos cada repetição aguardando por informações do módulo através do comando lorawan.listen(). Na sequência, verificamos se o módulo está conectado na rede através da condição if(lorawan.isConnected()). Então, caso ele não tenha se conectado ainda, nós mantemos ele tentando, enquanto imprimimos pontos (".") no monitor serial a cada 5 segundos.

Entretanto, quando o módulo consegue se conectar, passamos a executar o envio de mensagens com intervalos de 5 minutos. Para isso, atribuímos à variável leitura_LDR a leitura analógica do pino que está conectado ao sensor, e então mapeamos essa leitura de uma valor entre 0 e 4095 para um valor entre 0 e 100, para trabalharmos com porcentagem. Como queremos converter essas leituras para uma mensagem em JSON, temos que criar primeiramente o objeto json com o tamanho unitário (JSON_OBJECT_SIZE(1)) e a classe DynamicJsonDocument da biblioteca "ArduinoJson". Em seguida criamos um elemento com o nome ALIAS e com o valor igual à leitura mapeada do sensor.

Com essa configuração do objeto json, nós criamos a variável tamanho_mensagem, que é então atribuída à soma unitária do comprimento da mensagem JSON do objeto json. Essa adição é necessária para inserir o caractere de final de texto ('\0') na conversão a seguir. Depois criamos a string mensagem de acordo com o tamanho tamanho_mensagem, que será responsável por armazenar a mensagem JSON para o envio. Após esta criação, nós realizamos uma cópia do objeto json para a variável mensagem de acordo com o comprimento tamanho_mensagem, através da função serializeJson() da biblioteca "ArduinoJson". Por fim, nós finalmente enviamos uma mensagem em formato de texto para a porta "1" da rede através do comando resposta = lorawan.sendT(1, mensagem), e atualizamos a contagem de tempo do código para iniciar novamente o envio de mensagem após 5 minutos.

Ao final do código temos a função event_handler, que foi declarada anteriormente. Nela apenas verificamos se o módulo se conectou à rede utilizando a condição if(type == Event::JOINED), para retornar essa informação no monitor serial, pois quando o módulo se conecta à rede, ele retorna a mensagem "EVENT [JOINED]".

O Que Deve Acontecer

Quando o código terminar de ser carregado para a placa com as variáveis mencionadas devidamente configuradas, abra o monitor serial em 115200 bps e observe os resultados. O módulo deve se conectar à rede após alguns instantes, e então enviar a primeira mensagem, como na imagem a seguir.

resultado-monitor-serial
Resultado no Monitor Serial

Após o envio da mensagem, acesse o seu painel na PROIoT para observar que a variável da plataforma foi atualizada com o mesmo valor da mensagem enviada, como na próxima imagem.

variavel-atualizada-plataforma
Variável atualizada na Plataforma

Conclusão

Neste tutorial demos um passo importante para o nosso aprendizado sobre a conectividade LoRaWAN e finalmente nos conectamos à rede para enviar nossa primeira mensagem pelo LoRaWAN Bee. Agora podemos avançar nos estudos e expandir as possibilidades deste protocolo tão recente e popular.

Solução de Problemas

Se mesmo seguindo as soluções propostas abaixo você não conseguir solucionar o seu problema, encaminhe um e-mail para suporte@robocore.net para que possamos te ajudar da melhor maneira possível.

Arduino IDE Retornou a Mensagem "#error Use this example with the ESP32"

Como vimos anteriormente, esta é uma mensagem personalizada que criamos no início do código para quando o modelo de placa selecionado não está corretamente selecionado, portanto certifique-se que o modelo da placa nas "Ferramentas" da IDE está como "ESP32 Dev Module".

Monitor Serial Apresenta Pontos Infinitamente e Não se Conecta

Se o seu módulo não estiver se conectando após alguns pontos, você pode reiniciar o conjunto e para tentar novamente. Mas antes, deixe ele tentar se conectar sozinho, portanto aguarde alguns minutos. Entretanto, lembre-se de verificar se a sua posição atual está dentro da área coberta pela rede ATC.

Caso mesmo reiniciando, o módulo não se conecta, verifique a inserção dos códigos para "Application EUI" e "Application Key", assim como a configuração do dispositivo na plataforma PROIoT, e tente novamente. Além disso, nas informações sobre o dispositivo, verifique se ele está conectado, com as opções de "Uplink" e "Downlink" selecionadas, caso contrário, selecione estas opções, como na imagem abaixo.

dispositivo-conectado
Dispositivo Conectado

Mensagem Enviada Não é Igual à Mensagem Recebida

Se o valor atualizado na plataforma não for igual ao valor exibido no monitor serial, verifique nas "Opções de Payload" da plataforma se a opção "JSON" está realmente selecionada, como na próxima imagem.

payload-configurado-json
"Payload" Configurado como "JSON"
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Rei70
date Enviado: 2021-06-23 15:13:53
Ola Giovanni .. Em dispositivos estou selecionando ATC LoRaWAN , Custom Device ... Tenho a opção de conectores ( Everynet, LORIOT, HTTP, MQTT ) ... qualquer uma que escolher ele volta ao inicio e se clicar no continuar .. aparece Device label e name obrigatorio, Device e aplication EUI tamanho invalido e LoRaWAN Connectivity obrigatorio ... o que fazer ??

Giovanni5
date Enviado: 2021-06-23 16:01:00
Rei70
Parece que a plataforma teve uma pequena instabilidade, mas testamos a criação de dispositivos agora, e ela está funcionando corretamente. Tente novamente criar o dispositivo, e se esse problema persistir, entre em contato com os desenvolvedores da PROIoT para tentar solucioná-lo.

Rei70
date Enviado: 2021-06-23 14:44:52
Vi que respondeu ... desculpe !!

Rei70
date Enviado: 2021-06-23 14:44:02
Boa tarde Giovanni !! Conseguiu ver qual dispositivo devo usar LoRa Privado ou ATC LoRaWAN ? Não encontro dispositivo genérico em nenhum dos casos !! Grato

Rei70
date Enviado: 2021-06-22 17:09:57
Na criação do dispositivo qual devo usar LoRa Privado ou ATC LoRaWAN ? Tanto em Lora Privado como em ATC não encontro dispositivo generico !!  Grato

Giovanni5
date Enviado: 2021-06-22 17:27:03
Rei70
Como estamos trabalhando com a rede ATC LoRaWAN com este Kit, é necessário selecionar a opção "ATC LoRaWAN", e o dispositivo genérico é sempre o primeiro apresentado (parece que ele foi traduzido para "Custom Device").

Rei70
date Enviado: 2021-06-22 16:06:57
Quando entro em Planos ATC LoraWan aparece Network error  !!!

Giovanni5
date Enviado: 2021-06-22 16:36:00
Rei70
Infelizmente não conseguimos replicar o seu problema, e estamos conseguindo acessar os planos ATC disponíveis normalmente. Tente utilizar outro navegador, e, se continuar com dificuldades, entre em contato com o pessoal da PROIoT para solucionar este problema.

hugo.freitas
date Enviado: 2021-01-25 09:15:29
Olpa Giovanni, uma pergunta simples, mas que me gerou muita duvida ao iniciar um projeto usando Lora com a compra do plano indicado no tutorial: 1 Uplink é um dispositivo conectado, a quantidade de mensagens ou alguma outra unidade que desconheço?
Porque se for a quantidade de mensagens, 150 por mes é um numero muito baixo (daria pra enviar isso por dia)

Giovanni5
date Enviado: 2021-01-25 10:09:33
hugo.freitas
1 Uplink equivale à uma mensagem/informação enviada do módulo para a rede ATC, e 1 Downlink é o oposto, ou seja, uma mensagem/informação enviada da rede ATC para o módulo, e o número apresentado para cada plano é o limite de "Uplinks" e "Downlinks" mensais, portanto calcule bem o quanto de mensagens você precisa enviar para não adquirir um plano "curto".

w.brancaglioni
date Enviado: 2021-01-17 15:33:19
Olá pessoal, boa tarde. Estou visualizando os dados configurados tais como temperatura, umidade e luminosidade, porém, gostaria de saber se há como transferir esses dados para o excel, por exemplo.

Giovanni5
date Enviado: 2021-01-18 08:48:22
w.brancaglioni
Existe uma biblioteca da Arduino IDE, que realiza o envio de dados para uma planilha Excel através de comunicação serial (http://www.robertovalgolio.com/sistemi-programmi/arduino-excel), entretanto, como essa biblioteca é muito antiga, e foi desenvolvida para placas Arduino, como a Arduino Uno, por exemplo, não deve ser compatível (pelo menos não diretamente) com o ESP32. Uma alternativa, é o envio remoto das informações para uma planilha do Google Sheets (https://www.google.com/sheets/about/) usando a ferramenta IFTTT (https://ifttt.com/).

Giovanni5
date Enviado: 2021-01-18 08:48:57
w.brancaglioni
Um exemplo de como realizar essa publicação de dados remotamente pode ser encontrado no link a seguir, https://randomnerdtutorials.com/esp32-esp8266-publish-sensor-readings-to-google-sheets/ .

falecomgabriel.augus
date Enviado: 2020-11-01 19:57:10
Olá, 

Primeiramente, parabéns pelo tutorial. 

O problema que estou enfrentando é que não estou encontrando o campo APPLICATION KEY. Ele simplesmente não está disponível. Não está aparecendo nada.

Francois
date Enviado: 2020-11-03 10:51:58
falecomgabriel.augus
Na plataforma ProIoT, você deve encontrar o campo Application Key na área "informações do dispositivo" dentro do menu "dispositivos". Verifique que a ativação de segurança está configurada como OTAA, pois a chave AppKey não existe para o modo ABP (nesse caso é AppSkey).

falecomgabriel.augus
date Enviado: 2020-11-04 11:49:37
falecomgabriel.augus
Não consigo visualizar ainda. Dentro de informações do dispositivos tem apenas as Informações Gerais e Chaves do Dispositivo. Informações Gerais aparecem: Nome, Conectividade LoraWAN, Descrição, Tags e Rótulo Único.
Em Chaves do Dispositivo a seguintes Opções: ID Único. Ativação de Segurança (OTAA). Tamanho do Contador, RX_Window, Application EUI, Device EUI. criptografia de Segurança, Classe de Dispositivo Validação de Contadores e Banda.

Francois
date Enviado: 2020-11-04 13:38:54
falecomgabriel.augus
Você tem um plano LoRaWAN associado a esse dispositivo? Além disso, você está acessando a página https://app.proiot.com.br/devices ? Já vimos um caso de acesso em um painel parecido, mas de outra área da plataforma. Se ainda assim não funcionar, envie uma captura da sua tela para suporte@robocore.net

jvdl
date Enviado: 2020-10-30 12:16:59
Boa tarde,
Fiz tudo . Mas no serial não conecta a rede. Fica pontos infinitos. O q seria e como fazer o reiciamento  do conjunto?

Giovanni5
date Enviado: 2020-10-30 13:38:21
jvdl
Você está testando o módulo em um ambiente fechado, dentro da sua casa, por exemplo? Se sim, tente colocar o Kit em um ambiente aberto, no parapeito de uma janela por exemplo, e observe o resultado. Além disso, certifique-se de ter copiado e colado corretamente os parâmetros da conexão. Se quiser, você pode reiniciar a tentativa de conexão do conjunto, reiniciando o ESP32 ao pressionar o botão "EN".