Связь за пределами Wi-Fi: LoRa, 4G и GPS для Raspberry Pi

Перевод статьи LoRa radio communication devices for Raspberry Pi — Phil King, Raspberry Pi Official Magazine №167, июль 2026 года.

Нужно отправлять данные из проекта на Raspberry Pi, находящегося за пределами досягаемости домашнего Wi-Fi? Конечно, можно использовать Wi-Fi-репитер или очень длинный Ethernet-кабель (до 100 м), но есть и другие, более надёжные решения, которые мы здесь рассмотрим.

LoRa — это радиосистема дальнего действия, способная передавать небольшие пакеты данных с низкой скоростью (от 300 бит/с до 50 кбит/с) — идеально для IoT-датчиков и тому подобного. Её главное преимущество — устойчивость к шуму и помехам, обеспечивающая дальность до 15 км в сельской местности. Узлы LoRa могут отправлять данные друг другу, или можно использовать шлюз LoRaWAN для приёма нескольких каналов — либо существующий, например, в The Things Network, либо собственный.

Для (гораздо) более высоких скоростей передачи данных есть сотовая связь 4G. Мы рассмотрим пару дополнительных решений здесь, а также отдельный GPS-модуль для сверхточной привязки местоположения и времени.

Предупреждение!#

Радиорегулирование

LoRa использует ISM-диапазоны (Industrial, Scientific, and Medical). Любой может вещать здесь без лицензии, но необходимо соблюдать региональные параметры, установленные местными регуляторами (например, Ofcom в Великобритании, FCC в США, ETSI в Европе). Они включают ограничения на радиочастоту, коэффициент заполнения (duty cycle) и мощность передачи.

Также обычно существуют строгие ограничения на передачу в других радиодиапазонах, таких как FM. Всегда проверяйте законы вашей юрисдикции перед началом работы.

SX1262 LoRa Node Module для Raspberry Pi Pico#

Этот модуль Waveshare LoRa (£14/$19) построен на трансивере SX1262, который обеспечивает превосходную энергоэффективность и немного большую дальность, чем более ранний SX1276. Плата оснащена двумя гнёздами-штырями, так что всё, что нужно — это Raspberry Pi Pico с штырями для подключения. Она даже выводит контакты Raspberry Pi Pico наверх.

Вместе с самим модулем LoRa в комплект входит бонусный LiPo-аккумулятор 600 мА·ч 3,7 В, подключённый к зарядной микросхеме платы, так что вы полностью готовы к автономному питанию.

Обратите внимание: хотя The Pi Hut продаёт версию этого модуля LoRa на 868 МГц для использования в Европе (включая Великобританию) с «stub»-антенной в комплекте, Waveshare предлагает три версии, каждая настроена на свою частоту — убедитесь, что выбрали правильную для вашего региона.

Хотя документация Waveshare не самая простая для понимания, есть библиотеки C/C++ с примерами кода для экспериментов — для MicroPython их нет, но можно использовать существующую библиотеку SX126x.

Вердикт#

Превосходное соотношение цены и качества, включает LiPo-аккумулятор и антенну.

Perpetuo LoRa#

Со встроенным микроконтроллером Raspberry Pi RP2350 (как на Raspberry Pi Pico 2), эта все-в-одном плата LoRa (£21/$28) имеет всё необходимое для начала работы с сетевым шлюзом LoRaWAN. Альтернативно, её можно использовать в простой одноранговой (peer-to-peer) конфигурации с другим узлом LoRa.

Оснащённая радиомодулем Embit EMB-LR1276S LoRa, Perpetuo работает на стандартной для Великобритании/Европы несущей частоте 868 МГц с прошивкой по умолчанию, но её можно перенастроить на диапазон 915 МГц. Вам также понадобится подходящая внешняя RF-антенна — крайне важно подключить её перед включением этой или любой другой платы LoRa, иначе можно повредить устройство.

Благодаря режиму низкого энергопотребления Perpetuo очень энергоэффективна. Питание обеспечивается LiPo-аккумулятором (не входит в комплект), который можно заряжать через порт USB-C. Последний можно использовать с опциональной солнечной панелью (обычно через стабилизатор напряжения), чтобы плата работала бесконечно в автономном режиме. Разъём Qwiic/STEMMA QT упрощает подключение одного или нескольких датчиков. Кроме того, на плате 32 стандартных контакта, включая 20 GPIO.

Вердикт#

Энергоэффективный узел LoRa с удобным портом Qwiic/STEMMA QT.

LoRa Radio Bonnet с OLED#

Этот LoRa «Bonnet» (£31/$42) можно установить на GPIO-разъём любого стандартного 40-пинового компьютера Raspberry Pi. Хотя на сайте Adafruit он помечен как «915 МГц», он может использовать как североамериканский/австралийский ISM-диапазон 915 МГц, так и европейский 868 МГц — просто убедитесь, что в ваших программах установлен правильный диапазон для вашего региона. К счастью, прошивка и библиотеки CircuitPython упрощают настройку и использование по сравнению с некоторыми другими платами.

Ещё один бонус — OLED-экран 128 × 32, который можно использовать для отображения статусных сообщений. Есть также три крошечные кнопки для создания пользовательского интерфейса или отправки тестовых сообщений.

Для антенны можно подключить её к разъёму U.FL на плате или даже просто припаять кусок провода к площадке рядом с ним. Небольшой недостаток — радиомодуль RFM95W, хотя и надёжный и хорошо документированный, использует классический трансивер SX1276 LoRa, который не так энергоэффективен, как некоторые более поздние версии.

Вердикт#

Работает с любым Raspberry Pi, а встроенный экран полезен.

Clipper HAT Mini#

Если вам нужно больше, чем небольшие пакеты данных от удалённого устройства, сотовая связь 4G идеальна. Помимо низкой задержки, она предлагает достаточную пропускную способность — можно даже транслировать видео, например, с камеры для наблюдения за дикой природой.

Тонкий Clipper HAT Mini (£30/$33) идеально подходит к Raspberry Pi Zero, но будет работать с любой стандартной 40-пиновой моделью при использовании переходника. Основанный на модуле SIMCom A7683E 4G LTE, он принимает nano SIM-карту и может передавать данные со скоростью до 5 Мбит/с (или скачивать на 10 Мбит/с). Бонусные функции включают две пользовательские кнопки, светодиоды состояния и разъём Qwiic/STEMMA QT. Его также легко настроить с помощью руководства Pimoroni для начинающих.

Обратите внимание, что этот HAT предназначен для работы с британскими и европейскими диапазонами 4G LTE, поэтому он не подходит для использования в других местах. Вам также понадобится совместимая антенна для подключения к SMA-разъёму платы — Pimoroni предлагает короткую «stick»-антенну (52 мм) менее чем за £4.

Вердикт#

Супер-ценная тонкая 4G-плата.

PA1010D GPS Breakout#

Хотя и позиционируется как GPS-плата, крошечная breakout-плата Pimoroni также будет работать с европейской системой GALILEO (среди прочих) после обновления прошивки. Это означает, что вы сможете определить своё местоположение вместе со сверхточным временем, где бы вы ни находились в мире.

С интегрированной антенной и низким энергопотреблением, модуль PA1010D (£30/$33) размером с почтовую марку идеально подходит для небольших maker-проектов, требующих данных о местоположении. Сканируя сигналы со спутников, он поддерживает до 210 каналов псевдослучайного шума (PRN) с 99 поисковыми каналами и 33 каналами одновременного сопровождения. В большинстве случаев, при отсутствии серьёзных препятствий, он должен обеспечить ваше точное местоположение в течение нескольких секунд.

Дизайн платы соответствует форм-фактору Breakout Garden от Pimoroni, поэтому её можно вставить в Breakout Garden HAT для Raspberry Pi. Альтернативно, можно припаять один из двух прилагаемых штыревых разъёмов и подключить напрямую к контактам GPIO.

Библиотека Pimoroni для Python упрощает настройку программного обеспечения. Можно даже использовать breakout с Raspberry Pi Pico через модуль PA1010D MicroPython Майкла Белла.

Вердикт#

Идеально для портативных проектов, позволяя отслеживать точное местоположение.

SIM7600G-H 4G HAT для Raspberry Pi#

Если вам нужно передавать много данных, этот 4G HAT (£80/$107) справится, где бы вы ни находились в мире. Его промышленный модуль SIM7600G-H 4G предназначен для работы в любом регионе (буква «G» в названии означает «глобальный»), поддерживая целый ряд частот сотовой связи 4G. Он также поддерживает услуги 3G и 2G и даже может обрабатывать SMS-сообщения и телефонные звонки (подключив гарнитуру к 3,5-мм разъёму).

Как модель LTE Cat 4, он может передавать данные на гораздо более высоких скоростях, чем модуль Cat 1bis, такой как на Clipper HAT Mini: до 50 Мбит/с на передачу (150 Мбит/с на приём), хотя реальные скорости могут быть немного ниже в зависимости от сигнала. Для этого USB-кабель (в комплекте) подключает его к Raspberry Pi (а также к GPIO-разъёму).

HAT поставляется с широкополосной антенной LTE 4G и одной для GPS — да, эта функция тоже встроена и работает с различными системами позиционирования.

Вердикт#

Высококлассный 4G HAT с более быстрой передачей данных и встроенным GPS.

iC880A-SPI LoRaWAN Concentrator#

Вы можете построить собственный многоканальный шлюз LoRaWAN с компьютером Raspberry Pi и подходящей платой «концентратора». Для использования в Европе (включая Великобританию), эта модель 868 МГц (€149) полностью совместима с The Things Network и Stack; для других регионов обратите внимание на линейку RAK плат.