Kommunikation · Funk

LoRa für Wasser- und Wärmezähler

Wo kein Kabel liegt oder die Zähler weit verteilt sind, senden H2O und DELTA III ihre Werte per Funk. Hier lesen Sie, was dafür nötig ist und wo die Grenzen liegen.

So funktioniert es

Vom Zähler über das Gateway zur Anwendung

M-BuskabelgebundenRS-485 · Modbus RTUkabelgebundenLoRaFunk, 868 MHzEMU M-CenterM-Bus-MasterHelvatron H2OSekundäradresse 2401 0001DELTA IIISekundäradresse 2401 0002Helvatron H2OSekundäradresse 2401 0003rund 40 V · 2 AdernAuswahl per SekundäradresseAntwort per StromänderungModbus-MasterGateway oder SteuerungHelvatron H2OAdresse 1DELTA IIIAdresse 2Helvatron H2OAdresse 3120 Ω120 ΩA/B verdrillt + GNDAnfrage: Adresse 2 · FC 03Antwort mit CRC-16Anwendungz. B. Joulio-Web, LeitsystemNetwork ServerGatewayGatewayHelvatron H2OLoRaDELTA IIILoRaUplink 868 MHzBeitritt per OTAAReichweite hängt von Gebäude und Standort ab
  1. M-Bus: ein Kabel, viele ZählerDer Master speist die Zweidrahtleitung mit rund 40 V. Alle Zähler hängen parallel daran, die Polarität spielt keine Rolle.
  2. M-Bus: abfragenDer Master wählt einen Zähler über seine Sekundäradresse aus. Nur dieser antwortet, indem er seine Stromaufnahme moduliert.
  3. RS-485: Linie mit AbschlussEin verdrilltes Adernpaar A/B als Linie von Gerät zu Gerät, an beiden Enden 120 Ω. RS-485 ist die physikalische Schnittstelle.
  4. Modbus RTU: Frage und AntwortDas Protokoll darüber: Der Master fragt eine Slave-Adresse (1–247) mit einem Funktionscode ab, der Zähler antwortet mit CRC-16-Prüfsumme.
  5. LoRa: Funk zum GatewayDer Zähler sendet kurze Uplinks auf 868 MHz. Jedes Gateway in Reichweite empfängt sie, ohne Kabel bis zum Messpunkt.
  6. LoRa: Server und AnwendungDie Gateways leiten die Pakete an den Network Server weiter, dieser an die Anwendung. Reichweite und Sendeintervall begrenzen Datenmenge und Aktualität.
Vereinfachte Darstellung. IDs und Adressen sind Beispiele.

So funktioniert LoRa

LoRa ist das Funkverfahren: eine Modulation, die mit wenig Energie über grosse Distanzen sendet. In Europa nutzt sie das lizenzfreie 868-MHz-Band.

Das Netzwerkprotokoll darüber heisst LoRaWAN. Es regelt, wie Geräte einem Netz beitreten, wie Daten verschlüsselt werden und wie Gateways und Server zusammenarbeiten. Helvatron-Zähler treten dem Netz per OTAA bei (Over-the-Air Activation); die Sitzungsschlüssel werden dabei neu abgeleitet und nicht fest im Gerät hinterlegt.

Die Bausteine eines LoRa-Netzes

Endgerät
H2O oder DELTA III mit LoRa-Schnittstelle, sendet kurze Uplinks
Gateway
empfängt die Pakete aller Geräte in Reichweite und leitet sie über das Internet weiter
Network Server
prüft und entschlüsselt die Pakete und entfernt Duplikate, wenn mehrere Gateways dasselbe Paket empfangen
Anwendung
dekodiert die Nutzdaten und stellt sie bereit, zum Beispiel in Joulio-Web oder im Leitsystem

Grenzen der Funkübertragung

  • Die Reichweite hängt stark von Gebäude, Schacht und Standort des Gateways ab. Zähler in Kellern und Schächten brauchen oft ein Gateway in der Nähe.
  • Im 868-MHz-Band gelten Sendezeitbeschränkungen. LoRa eignet sich für Zählerstände und Intervallwerte, nicht für Sekundenwerte.
  • Jede Übertragung verbraucht Batteriekapazität. Beim DELTA III sind es 10 + 1 Jahre bei täglicher, 11 + 1 Jahre bei zweitäglicher Übertragung.
  • Vor der Montage den Empfang am Einbauort prüfen.

H2O mit LoRa

DN15 bis DN100, Endung ABL, 868 MHz.

Bestellnummern H2O

DELTA III mit LoRa

DN15 bis DN100, Endung ABL. Mit M-Bus kombiniert als ABML.

Bestellnummern DELTA III

Alternative NB-IoT

Für Einzelstandorte ohne eigenes LoRa-Netz senden beide Zähler auch über NB-IoT, also über das Mobilfunknetz.

NB-IoT erklärt

Fragen zu LoRa

Brauche ich ein eigenes LoRa-Netz?

Nicht unbedingt. Die Zähler arbeiten mit eigenen Gateways und einem eigenen Network Server oder mit einem bestehenden öffentlichen oder privaten Netz. Wichtig ist, dass Gateways den Einbauort abdecken.

Wie kommen die Daten in Joulio-Web?

Die Anwendung erhält die Pakete vom Network Server und dekodiert sie. Joulio-Web bietet eine eigene Lizenz für EMU- und Helvatron-Zähler.

Wie oft sendet ein Zähler?

Das Sendeintervall wird bei der Konfiguration festgelegt. Kürzere Intervalle verkürzen die Batterielaufzeit.

Mehr zum LoRa-Datenweg mit Payload-Decoder auf der Seite der Schwesterfirma EMU: emuag.com.