Начало работы со шлюзом RAK831 LoRa и RPi3

Этот проект проведет вас через все шаги, необходимые для запуска модуля шлюза RAK831 LoRa и его работы с WiFi в качестве транзитного соединения.

Введение

Это пошаговое руководство предназначено для разработчиков, которые хотят разработать свой собственный шлюз lora, используя замечательный интерфейсный радиомодуль RAK831 Lora от RAK Wireless. Руководство предполагает базовые знания экосистемы Raspberry pi, оборудования и соответствующей ОС Debian. Руководство также предполагает базовые знания GPIO и периферийных устройств, присутствующих на Raspberry Pi. Итак, приступим.

Что такое LoRA?

LoRa Технология Alliance ™. LoRaWAN ™ - это спецификация глобальной сети с низким энергопотреблением (LPWAN), предназначенная для беспроводных устройств с батарейным питанием в региональной, национальной или глобальной сети. LoRaWAN отвечает ключевым требованиям Интернета вещей, таким как безопасная двусторонняя связь, услуги мобильности и локализации.

На схеме выше показаны различные части беспроводной архитектуры LoRa. Некоторые из важных частей кратко описаны ниже:

Ключевые особенности технологии LoRa и протокола LoRaWAN

· ГЕОЛОКАЦИЯ:позволяет использовать приложения с низким энергопотреблением без GPS

· НИЗКАЯ СТОИМОСТЬ:снижает затраты тремя способами:инвестиции в инфраструктуру, эксплуатационные расходы и датчики конечных узлов

· СТАНДАРТИЗИРОВАННАЯ:улучшенная глобальная совместимость ускоряет внедрение и развертывание сетей на основе LoRaWAN и приложений IoT

· НИЗКАЯ МОЩНОСТЬ:Протокол, разработанный специально для низкого энергопотребления, продлевающий срок службы батареи до 20 лет

· БОЛЬШОЙ ДИАПАЗОН:одна базовая станция обеспечивает глубокое проникновение в густонаселенные городские / внутренние районы, а также соединяет сельские районы на расстоянии до 30 миль

· БЕЗОПАСНОСТЬ:встроенное сквозное шифрование AES128

· ВЫСОКАЯ МОЩНОСТЬ:поддерживает миллионы сообщений на каждую базовую станцию, идеально подходит для операторов сетей общего пользования, обслуживающих множество клиентов.

RAK 831 - это интерфейс LorA Radio; то есть он действует как приемник входящих пакетов данных lora и пересылает их на хост программного / аппаратного обеспечения управления агрегатором. Он также может передавать пакеты данных LoRA на основе запроса платы хоста. В нашем случае raspberry pi 3 - это плата хоста, управляющая интерфейсом RAK 831.

Выбор транзитного рейса

Что такое обратный рейс? Backhaul относится к тому, как Raspberry Pi будет подключен к Интернету. В этом руководстве основное внимание уделяется использованию Wi-Fi в качестве транзитного соединения, но вы также можете использовать Ethernet или 3G / 4G. Если у вас есть Ethernet рядом со шлюзом, предпочтите его Wi-Fi или 3G / 4G. Это связано с тем, что дополнительный радиосигнал внутри корпуса вызывает шум. Программное обеспечение может справиться с шумной средой, так что это не большая проблема, но чем меньше шума, тем лучше. Вы можете комбинировать этот выбор с Power-over-Ethernet, чтобы минимизировать количество кабелей, идущих до шлюза.

С другой стороны, если вы выберете Wi-Fi вместо Ethernet, попробуйте использовать ключ с внешней антенной и переместите антенну за пределы корпуса, чтобы уменьшить шум внутри корпуса.

Настройте оборудование:

Прежде чем мы что-либо подключим и включим, давайте выполним следующие настройки на raspberry pi и модуле RAK 831:

МАЛИНОВЫЙ ПИ

1) Получите плату raspberry pi 3 и подготовьте карту micro sd емкостью 8 ГБ с программным обеспечением raspbian. Вы даже можете купить SD-карту noobs с предустановленным программным обеспечением. Чтобы узнать, как установить ОС на SD-карту, следуйте инструкциям здесь:https://www.raspberrypi.org/learning/hardware-guide/

2) Подключите raspberry pi к источнику питания 5 В 2 ампера. ЭТО ОЧЕНЬ ВАЖНО. Модуль lora может потреблять пик 700 мА во время активных беспроводных транзакций и, следовательно, имеет хороший блок питания для питания raspberry pi

RAK 831:

1) Прежде чем вы даже включите плату, возьмите антенну, которая идет в комплекте, и подключите ее к винтовой клемме антенны. ЭТО ВАЖНО.

Сведения о подключении:

Вот таблица, показывающая, как подключить модуль rak831 к raspberry pi:

Чтобы понять расположение выводов Raspberry Pi, перейдите по адресу:https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/, чтобы узнать подробности

Примечания:

• Контакт сброса может быть подключен к любому GPIO на Raspberry Pi 3.
• Важно убедиться, что вы правильно подключили контакты блока питания, чтобы избежать повреждения платы RAK 831.

Включить SPI:

Периферийное устройство SPI по умолчанию не включено. Чтобы включить его, сделайте следующее.

• Запустите sudo raspi-config .
• Используйте стрелку вниз, чтобы выбрать 9 дополнительных параметров .
• Стрелка вниз до A6 SPI .
• Выберите да . когда он просит вас включить SPI ,
• Также выберите yes . когда он спрашивает об автоматической загрузке модуля ядра.
• Используйте стрелку вправо, чтобы выбрать кнопка.
• Выберите да . когда он просит перезагрузить.

Система перезагрузится. Когда он вернется, войдите в систему и введите следующую команду

 > ls / dev / * spi *  

Pi должен ответить

  /dev/spidev0.0 /dev/spidev0.1  

Они представляют устройства SPI на контактах включения микросхемы 0 и 1 соответственно. Эти контакты зашиты внутри Pi. Обычно это означает, что интерфейс поддерживает не более двух периферийных устройств, но бывают случаи, когда несколько устройств могут быть подключены гирляндой, совместно используя один сигнал включения микросхемы.

Подайте питание на плату:

Как и в случае с любыми другими беспроводными проектами, они, как правило, требуют большей мощности, чем основная плата может обеспечить через контакты питания. На двух схемах ниже показано, как можно подключить RAK 831 и raspberry pi 3.

1) Подайте питание на шину 5 В от Raspberry Pi

2) Подайте питание на 5-вольтовую шину на Raspberry Pi и RAK831 отдельно

Установка программного обеспечения:

Чтобы установить необходимое программное обеспечение на Raspberry pi, выполните следующие действия:

• Включить SPI:

Используйте утилиту raspi-config, чтобы включить SPI ([5] Параметры интерфейса -> P4 SPI), а также развернуть файловую систему ([7] Дополнительные параметры -> A1 Развернуть файловую систему):

  $ sudo raspi-config  

• Убедитесь, что git установлен.

  Sudo apt-get updateSudo apt-get upgradeSudo apt-get install git  

• Управляйте своим Wi-Fi-соединением на Raspberry Pi
• Настройте учетные данные Wi-Fi (дополнительные сведения см. здесь).

  $ sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf  

И добавьте следующий блок в конец файла, заменив SSID и пароль в соответствии с вашей сетью:

  network ={ssid ="The_SSID_of_your_wifi" psk ="Your_wifi_password"}  

• Клонируйте установщик и начните установку.

  $ git clone -b spi https://github.com/ttn-zh/ic880a-gateway.git ~ / ic880a-gateway $ cd ~ / ic880a-gateway $ sudo ./install.sh spi  

• На этапе установки вас спросят, хотите ли вы включить удаленную конфигурацию. Введите «y» или «да» и продолжите установку. В начале установки из командной строки сценарий покажет вам EUI шлюза, который важен для следующих шагов. ЗАПОМНИТЕ ЭТО!
• Если вы хотите использовать опцию удаленной конфигурации, убедитесь, что вы создали файл JSON с именем EUI вашего шлюза (например, B827EBFFFE7B80CD.json) в репозитории Gateway Remote Config здесь:https://github.com/ttn -zh / шлюз-удаленный-конфиг. Разветвите репо, добавьте файл .json с правильной конфигурацией, а затем зафиксируйте разветвленное репо. После этого отправьте запрос на перенос в главное репо, и файл должен появиться в репо на следующий день. Пример json показан ниже:

  {"gateway_conf":{"gateway_ID":"идентификатор, который вы записали в выводе консоли install.sh", "servers":[{"server_address" :"маршрутизатор, к которому вы хотите подключиться", "serv_port_up":1700, "serv_port_down":1700, "serv_enabled":true}], "ref_latitude":широта шлюза rak 831, "ref_longitude":long для шлюза rak 831, "ref_altitude":40, "contact_email":"контактный адрес электронной почты владельца шлюза", "description":"краткое описание"}}  

Примечание.

Список допустимых маршрутизаторов см. Здесь:https://www.thethingsnetwork.org/wiki/Backend/Connect/Gateway

• По умолчанию установщик изменяет имя хоста вашего Raspeberry Pi на ttn-gateway (для предотвращения конфликтов с другими Raspberry Pi в вашей сети). Вы можете переопределить это в режиме настройки без удаленного доступа.
• УРА ваш шлюз должен заработать. Не забудьте перезапустить шлюз на следующий день, чтобы ваш файл json правильно загрузился в RPi3.
• Обратите внимание, что файл global_config.json в необходимо настроить в соответствии с:

https://github.com/TheThingsNetwork/gateway-conf/blob/master/US-global_conf.json

для тех, кто хочет использовать mp_pkt_fwd вместо старого пересылки пакетов poly, услышанный здесь, и установить его, следуя предоставленной инструкции:

https://github.com/kersing/packet_forwarder/tree/master/mp_pkt_fwd. Вы снова можете увидеть файл global_conf..json в корне проекта, просто убедитесь, что вы отредактировали файл (разделы imp, описанные ниже), и скопировали его в папку bin после компиляции.

Некоторые настраиваемые объекты в global_conf.json:

Файл global_conf.json можно найти в ./bin/global_conf.json из базы каталога вашего проекта после запуска сценария установки. Вот список некоторых объектов, которые вы, возможно, захотите отредактировать в файле global_conf.json для вашей конкретной конфигурации шлюза:

1) Конфигурация «radio_0» или «radio_1», особенно параметр Frequency и минимальные и максимальные параметры развертки частоты.

2) раздел «gateway_conf», особенно идентификатор шлюза или EUI вашего шлюза.

3) порт вверх и вниз сервера в том же объекте gateway_conf вместе с адресом вашего TTN-сервера или адресом вашего собственного сервера приложений, если он доступен.

Источник:Начало работы со шлюзом RAK831 LoRa и RPi3