Putsch

Putsch ist ein interaktives Theaterstück vom Planetenparty Prinzip in Koproduktion mit dem Landestheater Linz und LaStrada Graz.

LoRa Netzwerk

Mobile

Wir verwenden Module im Frequenzbereich 433 MHz. Das ist die niedrigste Frequenz mit der größten Reichweite.
RSSID Signal bis zu -100db. (bis zu -80db ist eigentlich eine gute Signalstärke)

Hardware

Microcontroller

The WEMOS D1 mini Lite[1] boards were chosen to realise the LoRa hardware. They feature a ESP8285[2] from Espressif

WEMOS D1 mini Lite

Pitfalls

Special care has to be taken with Pin D3 on the WEMOS D1 mini Lite, as if this pin is held-low while startup, the ESP8285 goes into boot-mode. This causes chaos.

References

[1] WEMOS D1 mini lite homepage: https://www.wemos.cc/en/latest/d1/d1_mini_lite.html

[2] Espressif ESP8285 datasheet: https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/0a-esp8285_datasheet_en.pdf

LoRa Transciever-Modules

For receiving and sending LoRa-data, Ra-02 LoRa modules[3] from Ai-thinker are used. They use a Semtec[1] SX1278 chip[2].

Ra-02 module

Ra-02

The DIO0 pins on the Ra-02 can be ignored for our application. [2] Says that those pins are custom pins that can be software-configured. Antennas for those modules are set seperately because the carrier-frequency can be set via SPI on the SX1278.

Semtec SX1278

According to the datasheet they have 100 mW constant RF output and a programmable bit rate up to 300 kbps. Some parameters including the bitrate can be programmed via SPI. Range and stability are always a tradeoff, that is further described in [2, page 25]. The parameters Spreading Factor, Coding Rate and Signal Bandwidth can therefore be set.

"spreading factor and error correction rate are design variables that allow the designer to optimise the trade-off between occupied bandwidth, data rate, link budget improvement and immunity to interference" - [2, page 25]

Pitfalls

If the maximum Bandwidth (500kKz) on the SX1278 is selected, other paramters have to be adapted. (I try to find that statement in the datasheet again)

References

[1] Semtec website: https://www.semtech.com/products/wireless-rf/lora-connect/sx1278

[2] Semtec SX1278 dataheet: https://cdn-shop.adafruit.com/product-files/3179/sx1276_77_78_79.pdf

[3] Ai-thinker Ra-02 LoRa modules: https://docs.ai-thinker.com/_media/lora/docs/c048ps01a1_ra-02_product_specification_v1.1.pdf

Displays

As a display, a so called 0.91 OLED[1] Display is used. Manufacturer unknown. It is connected via SPI.

References

[1] AZ-delivery product link: https://www.az-delivery.de/products/0-91-zoll-i2c-oled-display

Software

Rollen im Netzwerk

Gateway

Der Gateway ist an einen Computer angeschlossen und somit Schnittstelle zur Spielelogik.

Node oder Repeater

Stationary

Sind Netzwerkteilnehmer die sich nicht bewegen können. (z.B. Drucker)

Mobile

Sind Netzwerkteilnehmer die sich bewegen können oder auch Radios, die sich zwar nicht bewegen aber ansonsten baugleich sind, mit einem Audioboard dabei. (Radios + Spielerinnen)

• Custom PCB
  • Lora Modul mit Antenne
  • Wemos D2 Mini Prozessor
  • Mini Display
• Powerbank/Lipo Akku
• Olimex Audio Board Esp32 ADF
• SD Karte mit Audiofiles
• Bone Conductor Transducer

Messgerät

Repeater

Dienen ausschließlich zum Wiederholen des Funksignals und adressieren der Teilnehmer – somit ist der Netzwerkaufbau etwas unabhängiger vom Spiel-Aufbau. Erfüllen also die Funktion eines Repeaters. A repeater must know two things:

1) Should it repeat the packet in order that it is passed to the receiver?

1) Should it repeat the packet in order that it is passed to the gateway?

This is realised by storing two arrays, where the array-size equals the maximum subnets. The first index in the array stores the repeaters next neighbours address. By reading out the first value, the repeater can determine if it is the next possible sender. By scanning the remainig addresses stored in the array, it can determine if it should repeat the packet. One array is for sending from the gateway, the other is for sending back to the gateway.

network situation

Messgerät

Das Messgerät zeigt nur die Signalstärke und das subnet an.

Lora Packet-Structure

Our initial idea was to send many small packets, to increase data throughput. However measurements showed that the send-process comsumes more time than increasing the packet size. So less but bigger packets seem to be faster than more but smaller packets.

Lora-packet

receiver-address

command

data

sender-address

packet-id

subnet

Network address table

The role of a LoRa network device is set by its network address. This saves a seperate handling of the role beside its addressing. If the device is the gateway or a repeater, its address equals also the subnet the device is standing for.

Network roles

address	purpose
0	invalid
1	gateway
2-9	repeater
10-49	mobile endnodes
50-149	stationary endnodes
254	broadcast
255	invalid

Address 0 and 255 are invalid, as there might be a hardware shortcut to GND or VCC in this case. Address 254 is for broadcasting. This means if the gateway addresses 254, every network device is receiving.

Innere Stimme

Knochenschallkopfhörer Interface

Das Publikum wird begleitet durch eine sogenannte innere Stimme, die im eigenen Kopf drin zu einem spricht. Um diesen Effekt zu unterstützen werden Knochenschallkopfhörer benutzt, die den Schall über den Schädelknochen übertragen und somit die Ohren für Umgebungsgeräusche frei bleiben, während Audiofiles abgespielt werden.

Wir verwenden Conductor Transducer von adafruit.

Olimex Audioboard

Audio Modul für Radios und Publikum

SD Karten Bespielprogramm

Programm, dass automatisch die SD Karten mit unserer Ordnerstruktur von Audiofiles bespielt, um große Zeitverluste und Fehler durch manuelles Kopieren zu vermeiden.

SD Karten Abspielprogramm

Enthält Funktionen das Abspielen der Audiofiles dynamisch gestalten, die flüssiges Wechseln zwischen Quests oder spontane Begegnungen inmitten von laufenden Quests ermöglichen. Geht Hand in Hand mit einer übersichtlichen Ordnerstruktur und sehr kleinen Snippets der Audioaufnahmen, die Sprünge zwischen Ordnern/Quests erlauben, sowie "Zurückkehren" zu bereits angefangenen Quests.

Spiellogik

Grobes Konzept zur Sofware Architektur

Architektur

Event Hub

The Event Hub is a piece of software

• receiving events from the LORA gateway and adaptor:ex
• receiving commands from the Director UI and the Actor UI via the Control Server
• changing the state in adaptor:ex
• sending commands to Players via the LORA gateway
• providing and pushing data to the Control Server (and thus, to the Director UI and the Actor UI)
• communicating with peripherals like printers