Calliope Mini an das Sigfox IOT Netzwerk anschliessen

Manchmal würde man gerne mit Calliope Mini Messwerte aufzeichnen an einem Ort, wo kein USB Kabel hinreicht und von wo man keine Nordic-Funk oder Bluetooth Verbindung zu einem anderen Calliope (o.ä.) herstellen kann.

<Bearbeitungshinweis: Link zu Calliope-Calliope-USB Projekt, Link zu Calliope-GSM Projekt>

Inzwischen gibt es in der Welt (und auch in Deutschland) so genannte "IOT Netzwerke" die auf "Low Power Wide Area Network" Technologie basieren und über die man mit wenig Energiebedarf kurze Nachrichten "ins Internet" schicken kann.

<Bearbeitungshinweis: Wikipedia Link Low Power WAN>

Es gibt "Community" Netzwerke, an denen sich jeder beteiligen kann, wie TheThingsNetwork und es gibt kommerzielle Anbieter wie Sigfox, die solche Netze betreiben. Um an einem solchen Netzwerk teilzunehmen, braucht man nur einen Transceiver (und ggf. ein Abo). Bei Sigfox Transceivern ist üblicherweise ein 1-Jahr Abo enthalten (Wert ca. 17 Euro) und man muss sich wenig(er) Gedanken über die Abdeckung/Empfang machen als bei TTN.

<Bearbeitungshinweis: Links auf Netzabdeckung>

Inspiriert von diesem hervorragenden Artikel über den Anschluss eines micro:bit an das Sigfox Netzwerk, habe ich das mit Calliope Mini einmal durchgespielt.

Als Transceiver habe ich den SNOC BRKWS01 verwendet. Im Preis (von unter 40 Euro inkl. MwSt.) ist ein 1-Jahr Abo bei Sigfox mit 140 Nachrichten pro Tag enthalten. Damit kann man also locker alle 15 Minuten eine Nachricht schicken.

Nach ETSI soll/darf man nicht mehr als 6 Nachrichten pro Stunde schicken.
Eine Nachricht/Payload muss sehr klein sein: maximal 12 Bytes.
Es sind auch Nachrichten vom Backend zum Device ("Callbacks") vorgesehen, aber nur maximal 4 (vier) pro Tag (ja, pro Tag), maximal 8 Bytes lang.
Dieser Artikel erklärt sehr schön das Funk-Protokoll.

Das Sigfox Netzwerk ist in Deutschland inzwischen sehr gut ausgebaut. Den aktuellen Ausbaustatus findet man hier.

Arbeitsschritte:

<Bearbeitungshinweis: Details in Arbeit>

• Pins auf den Transceiver löten:

• mitgelieferte Antenne an den Transceiver anschliessen (nie ohne Antenne betreiben!)
• Transceiver (z.B. an die rechte Calliope Grove Buchse) anschliessen, dabei beachten, dass RX und TX über Kreuz angeschlossen werden müssen, d.h. von Calliope Mini geht C16/RX auf TX, C17/TX auf RX, 3.3V auf VCC und GND auf GND.
• sich daran erinnern, dass es für Calliope Mini eine Extension gibt, mit der man AT Befehle schicken kann. Dafür muss man im Makecode Editor über "Paket hinzufügen" (oben rechts) das "calliope-modem" Paket hinzufügen:

• die benötigten AT Befehle aus dem Source Code des o.g. micro:bit Artikels entnehmen (ATS302=15 um die Signalstärke festzulegen, AT$SF=<Hex-Folge> um ein Frame zu schicken, Geschwindigkeit 9600bps). Wenn ich es richtig verstehe, ist zumindest in Deutschland eine Initialisierung auf eine Region und Frequenz nicht nötig, weil die passenden Einstellungen Standard sind (AT$RC? sollte 1 zurückgeben, mit AT$RC=1 setzt man Zone 1).
• Transceiver bei Sigfox registrieren, die beiden dafür nötigen Codes sind auf der Verpackung.
• Programm auf Calliope übertragen und starten.
• mit Begeisterung feststellen, dass Nachrichten im Sigfox Backend auftauchen:

• Alle Nachrichten werden bei Sigfox gespeichert, d.h. man kann Calliope einen Tag senden lassen und die Nachrichten dann als CSV herunterladen.

Fehlersuche / Fehlerbehebung:

• Bei uns funktioniert die Verbindung zum Sigfox Netzwerk grundsätzlich auch im Wohnzimmer. Das wird aber nicht für alle Standorte so sein, auch wenn die mitgelieferte Antenne ganz schön groß ist. Im Zweifel also einen höheren Standort aufsuchen oder nach Draussen gehen oder beides.
• Es kann durchaus ein paar Sekunden oder auch eine halbe Minute dauern, bis die Nachricht übertragen wurde. Im Zweifel also länger warten, bevor man einen neuen Befehl an das Modem schickt,

Offene Fragen / Bemerkungen:

• Es wäre aus meiner Sicht "passender", das Community Netzwerk The Things Network zu verwenden. Der Ausbau von TTN ist aber nicht überall gegeben, wobei man natürlich sein eigenes Gateway aufbauen/betreiben kann. Für eine Schule, die mehr mit dem Thema machen will sicher kein großes Hindernis.
• Wie lange speichert Sigfox die Nachrichten?
• Kann jemand eine kleinere Antenne empfehlen?
• Das Modem Paket erlaubt es, einen "Debug" Mode einzuschalten, dann sieht man, welche AT Befehle gesendet werden. Leider sehe ich die Antworten nicht... Wenn Debug eingeschaltet ist, kann es sein, dass das Programm die Antworten nicht sieht, also nicht unnötig einschalten.
• Wenn ich das Protokoll/die Dokumentation richtig verstehe, kann es manchmal im Sendebetrieb notwendig sein, einen Kanal-Reset durchzuführen. Der oben verlinkte micro:bit Code macht das auch bei Bedarf.
• Bei Sigfox Nachrichten soll man grundsätzlich auch eine Sequenznummer mitschicken (der o.g. micro:bit Code mach das auch), damit Sigfox ggf. eine Warnung bei unterbrochener Sequenz geben kann.

Ideen für Folgeprojekte:

• auf dem Calliope einen Text erstellen, verschicken via Sigfox und via IFTTT eine Aktion einleiten
• IOT Alarmanlage für den Schrebergarten: Beschleunigungssensor auslesen und bei Schwellwertüberschreitung eine Nachricht versenden und via IFTTT eine Nachricht schicken
• Messwerte regelmäßig übertragen und bei Sigfox als CSV herunterladen
• ... (weitere Ideen gerne in den Kommentaren)