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Comunicación LORA

Temas en este artículo:

Requisitos mínimos

  • Ordenador PC con sistema operativo Microsoft Windows 10 o superior.
  • Conexión a internet.
  • Cable serie TTL
  • Aplicación SSX Monitor. Para descargar la aplicación hacer click en el siguiente Enlace

Sistema inalámbrico de comunicación LoRa

El sistema de comunicación LoRa (Long Range) es una tecnología de comunicación inalámbrica de largo alcance y baja potencia diseñada para la comunicación entre dispositivos de IoT (Internet de las cosas). LoRa utiliza modulación de espectro ensanchado en la banda libre de 868 MHz (en Europa) o 915 MHz (en América del Norte), lo que le permite alcanzar distancias de varios kilómetros en condiciones favorables sin requerir una gran cantidad de energía.

La tecnología LoRa se basa en un protocolo de comunicación de dos capas: la capa física (PHY) y la capa de acceso al medio (MAC). Utiliza una técnica de modulación conocida como "modulación de dispersión espectral", que permite una buena resistencia al ruido y una mayor eficiencia espectral. Esto significa que puede enviar datos a largas distancias con una mínima potencia de transmisión, lo que es ideal para aplicaciones de IoT donde los dispositivos pueden estar ubicados en áreas remotas.

LoRa es ampliamente utilizado en una variedad de aplicaciones de IoT, como medición inteligente, energías renovables, monitoreo ambiental, agricultura inteligente, gestión de residuos, y más. Además, la tecnología LoRa permite la creación de redes de dispositivos de bajo costo y bajo consumo de energía que pueden transmitir datos de manera confiable incluso en entornos urbanos densamente poblados.

Fiabilidad del sistema de comunicación LoRa

La fiabilidad del sistema de comunicación LoRa es una de las características que lo hacen atractivo para una amplia gama de aplicaciones de IoT. Hay varios aspectos de su diseño que contribuyen a su fiabilidad:

  1. Largo alcance: LoRa está diseñado para proporcionar comunicaciones de largo alcance, lo que significa que puede transmitir datos a distancias de varios kilómetros, incluso en entornos urbanos densos o en áreas rurales. Esta capacidad de alcance extendido reduce la probabilidad de pérdida de conexión debido a obstáculos físicos o interferencias.

  2. Baja potencia: Los dispositivos LoRa pueden operar con baterías de larga duración debido a su bajo consumo de energía. Esto significa que pueden funcionar durante períodos prolongados sin necesidad de recargar o reemplazar las baterías, lo que aumenta la confiabilidad de las aplicaciones de IoT en las que están involucrados.

  3. Resistencia al ruido: La modulación de dispersión espectral utilizada por LoRa proporciona una buena resistencia al ruido, lo que significa que puede mantener una comunicación confiable incluso en presencia de interferencias de radiofrecuencia u otros dispositivos cercanos que operen en la misma banda de frecuencia.

  4. Redundancia y corrección de errores: LoRa incluye técnicas de corrección de errores y retransmisión automática de paquetes, lo que mejora la fiabilidad de la transmisión de datos. Si un paquete de datos se pierde o se corrompe durante la transmisión, el receptor puede solicitar automáticamente una retransmisión o utilizar técnicas de corrección de errores para recuperar la información perdida.

  5. Topología de red flexible: LoRa admite una variedad de topologías de red, incluidas las redes punto a punto, estrella y de malla. Esta flexibilidad permite diseñar redes que se adapten mejor a las necesidades específicas de la aplicación, lo que puede mejorar la fiabilidad al proporcionar rutas alternativas para la comunicación en caso de fallos en un nodo o enlace de la red.

Seguridad de los datos

La seguridad de datos es un aspecto crítico en cualquier sistema de comunicación, especialmente en aplicaciones de IoT como las plantas solares fotovoltaicas, donde la integridad y confidencialidad de la información son fundamentales. Aquí hay algunas consideraciones sobre la seguridad de datos en un sistema LoRa aplicado a plantas solares:

  1. Encriptación de datos: LoRa ofrece la capacidad de cifrar los datos transmitidos entre los dispositivos utilizando algoritmos de cifrado robustos. Esto ayuda a proteger la información sensible contra accesos no autorizados.

  2. Autenticación de dispositivos: Es importante implementar un sistema de autenticación sólido para verificar la identidad de los dispositivos que intentan acceder a la red LoRa. Esto ayuda a prevenir ataques de suplantación de identidad.

  3. Control de acceso: Se deben establecer políticas de control de acceso para limitar quién puede acceder y modificar los datos de la planta solar. Esto incluye el acceso físico a los dispositivos LoRa, así como el acceso a la infraestructura de red y las aplicaciones de monitoreo y gestión.

  4. Actualizaciones de firmware seguras: Los dispositivos LoRa deben contar con mecanismos para recibir actualizaciones de firmware de manera segura y autenticada. Esto ayuda a garantizar que los dispositivos estén protegidos contra vulnerabilidades conocidas y puedan mantenerse al día con los últimos parches de seguridad.

  5. Integridad de los datos: Se deben implementar medidas para garantizar la integridad de los datos transmitidos y almacenados. Esto incluye la detección y prevención de modificaciones no autorizadas de los datos, así como la capacidad de verificar la autenticidad de los datos recibidos.

  6. Resiliencia frente a ataques: Los sistemas LoRa deben diseñarse con resiliencia frente a diferentes tipos de ataques, como ataques de denegación de servicio (DoS), ataques de replay y ataques de inyección de paquetes maliciosos. Esto puede lograrse mediante la implementación de técnicas de detección y mitigación de ataques en los dispositivos y en la infraestructura de red.

LoRa en pantas solares fotovoltaicas

El sistema de comunicación LoRa puede ser muy útil en el monitoreo y gestión de plantas solares fotovoltaicas. La tecnología LoRa puede desempeñar un papel importante en mejorar la eficiencia operativa, la confiabilidad y la rentabilidad de las plantas solares fotovoltaicas al proporcionar una solución de comunicación inalámbrica robusta y rentable para el monitoreo y gestión de datos:

  1. Monitoreo de datos de rendimiento: Los paneles solares fotovoltaicos pueden equiparse con sensores para medir la radiación solar, la temperatura, la corriente eléctrica generada, entre otros parámetros. Estos datos son críticos para evaluar el rendimiento de la planta solar y detectar posibles problemas o fallas. Los datos recopilados por estos sensores pueden transmitirse a una estación base o a una plataforma de gestión a través de tecnología LoRa.

  2. Eficiencia energética: La información recopilada mediante sensores también puede ayudar en la optimización del rendimiento de la planta solar, permitiendo ajustar la inclinación de los paneles, limpieza o identificación de paneles defectuosos para mantener una alta eficiencia energética.

  3. Detección de fallos y mantenimiento predictivo: La tecnología LoRa puede transmitir alertas en tiempo real sobre posibles fallos o anomalías en los paneles solares o en los componentes del sistema, lo que permite a los operadores de la planta tomar medidas preventivas para evitar tiempos de inactividad no planificados y optimizar los programas de mantenimiento.

  4. Ubicaciones remotas: Muchas plantas solares fotovoltaicas están ubicadas en áreas remotas donde puede ser costoso o difícil establecer una infraestructura de comunicación cableada. En estas situaciones, la tecnología LoRa se vuelve aún más útil, ya que puede proporcionar conectividad inalámbrica de largo alcance y bajo consumo de energía, permitiendo el monitoreo y la gestión de la planta de manera eficiente incluso en ubicaciones remotas.

  5. Costo y escalabilidad: Implementar una red LoRa para la comunicación en una planta solar fotovoltaica puede ser más rentable que otras opciones de conectividad, especialmente en grandes instalaciones. Además, la tecnología LoRa es altamente escalable, lo que significa que puede adaptarse fácilmente al crecimiento futuro de la planta solar agregando más nodos de sensores o estaciones base según sea necesario.

Gateway LoRa a Modbus-TCP para lectura de Combiner Box

Un gateway LoRa a Modbus-TCP actúa como un puente entre los dispositivos LoRa que monitorean las Combiner Boxes de una planta solar fotovoltaica y un sistema de gestión centralizado (SCADA) que utiliza el protocolo Modbus-TCP para la comunicación:

  1. Dispositivos LoRa en las Combiner Boxes: En cada Combiner Box, se instalan dispositivos LoRa que están equipados con sensores para medir diversos parámetros, como la corriente, la tensión, la temperatura, etc. Estos dispositivos LoRa están diseñados para recopilar datos en tiempo real de cada Combiner Box y enviarlos de forma inalámbrica utilizando la tecnología LoRa.

  2. Gateway LoRa: El gateway LoRa está ubicado en un lugar estratégico dentro de la planta solar y está equipado con un receptor LoRa que recibe los datos enviados por los dispositivos LoRa en las Combiner Boxes. El gateway también está conectado a la red local a través de Ethernet para la comunicación con otros dispositivos utilizando el protocolo Modbus-TCP.

  3. Conversión de datos: Una vez que el gateway LoRa recibe los datos de las Combiner Boxes a través de LoRa, los convierte en un formato compatible con el protocolo Modbus-TCP. Esto puede implicar la conversión de datos desde el formato LoRa al formato Modbus-TCP y la asignación de direcciones Modbus-TCP adecuadas para cada conjunto de datos.

  4. Comunicación Modbus-TCP: El gateway LoRa sirve los datos convertidos al sistema de gestión centralizado utilizando el protocolo Modbus-TCP a través de la red local Ethernet. El sistema de gestión puede ser un sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) u otro tipo de plataforma que utilice Modbus-TCP para la comunicación.

  5. Interpretación de datos: Una vez que los datos llegan al sistema de gestión centralizado, se interpretan y se utilizan para monitorear el rendimiento de la planta solar, identificar posibles problemas o fallas en las Combiner Boxes, y tomar decisiones informadas sobre el mantenimiento y la operación de la planta.

Tecnología Webdom-LoRa

Con más de 8 años de experiencia con la tecnología LoRa, en Webdom Labs somos líderes en el uso de la tecnología LoRa en parques fotovoltaicos. Nuestra sólida trayectoria garantiza un despliegue confiable y eficiente de sistemas de monitoreo y gestión, optimizando el rendimiento y la eficiencia de su planta solar. Confíe en nuestra experiencia para llevar su proyecto al siguiente nivel.

¿Cómo modificar los parámetros LoRa en la electrónica Webdom SSX?

La aplicación SSX-Monitor permite visualizar y editar la configuración de una electrónica SSX. Para ver esta configuración, tenemos que seguir los siguientes pasos:

1.. Conectar el cable TTL que hemos proporcionado a los 3 pines que tenemos en la electrónica y seguidamente el USB a nuestro ordenador.

Note

Para que el ordenador detecte la electrónica y poder configurar correctamente el cable TTL, instalamos los drivers, descargando de este Enlace

Note

Si no hemos descargado o no tenemos la aplicación SSX_Monitor previamente, podemos descargarla desde este Enlace

2. Una vez conectado el cable TTL en la electrónica y en el ordenador, abriremos la aplicación SSX_Monitor. Los parámetros que debemos configurar son:

  • Port: Saldrá una opción de puerto que será el cable TTL que hemos previamente conectado.
  • Bauds: Siempre se pondrá 115200.
  • Parity: Siempre se pondrá None.
  • Stop Bits: Siempre se pondrá en One.

Finalmente haremos clic en Open

3. Una vez hemos abierto el puerto, clicamos en el apartado Slave Address, la opción New y abrirá una ventana con el Input Address que siempre es 100, en caso de que la conexión sea mediante el protocolo LoRa. En caso de que el protocolo sea RS485, el Input Address será dependiendo de cada SSX. Continuamos haciendo clic en OK.

4. Se abrirá una ventana nueva dónde no tenemos valores de forma automática, para poder visualizar los valores hay que ir a la opción Parameters y seleccionar la opción Read Once. Una vez seleccionado la opción cargará los valores de la electrónica y el semáforo que se encuentra de color negro a la derecha de Auto Sampling hará un destello verde conforme la conexión se ha realizado correctamente. En caso contrario aparecerá un destello rojo.

5. En el apartado LoRaCfgReg que significa "Lora configuration registers" aparecen los valores de la configuración y la frecuencia LoRa que contiene la electrónica en el momento de la conexión.

6. En el apartado MACCfgReg que significa "MAC configuration registers" aparece la MAC de la electrónica compuesta por 16 bits en Hexadecimal.

7. El apartado CMDCfgReg que significa "CMD configuration registers", sirve para enviar diversas solicitudes a la SSX. Para hacer eso debemos hacer doble click izquierdo a la derecha de Command y se nos abrirá una ventana donde podremos seleccionar las distintas solicitudes. La más importante en este caso es la de CMD_CFG_SAVE, que sirve para guardar los cambios que hemos realizado.

8. Para cambiar valores podemos escribir por ejemplo otra frecuencia diferente y seleccionaremos Send para enviar el nuevo valor en la electronica SSX.

9. Para guardar la configuración debemos realizar el paso número 7. y seleccionar Send.



Ubicación de número de serie y dirección MAC

La dirección MAC es un código de 12 carácteres que permite identificar de forma unívoca cada una de las tarjetas electrónicas Webdom SSX. Esta dirección debe ser configurada en el Webdom Lora Gateway para que pueda establecer un enlace de comunicación. Esta dirección se encuentra junto con el número de serie del producto, en una etiqueta ubicada visible en la parte frontal del circuito electrónico:

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