Introdução ao RAK 831 Lora Gateway e RPi3

Este projeto conduz você por todas as etapas necessárias para que o módulo RAK 831 Lora Gateway esteja pronto e funcionando com wi-fi como backhaul.

História

Introdução

Este guia passo a passo é direcionado a desenvolvedores que desejam desenvolver seu próprio gateway Lora usando o incrível módulo front-end de rádio RAK831 Lora da RAK Wireless. O guia pressupõe conhecimento básico do ecossistema Raspberry pi, o hardware e o sistema operacional Debian associado. O Guia também pressupõe conhecimento básico do GPIO e dos periféricos presentes no Raspberry Pi. Então vamos começar:

O que é LoRA?

LoRa Tecnologia Alliance ™. LoRaWAN ™ é uma especificação de rede de longa distância de baixa potência (LPWAN) destinada a dispositivos operados por bateria sem fio em uma rede regional, nacional ou global. O LoRaWAN atende aos principais requisitos da Internet das Coisas, como comunicação bidirecional segura, mobilidade e serviços de localização.


cortesia Semtech

O diagrama acima mostra as várias partes da arquitetura sem fio Lora. Algumas das partes importantes são explicadas resumidamente a seguir:

Principais recursos da tecnologia LoRa e do protocolo LoRaWAN

· GEOLOCATION:Ativa aplicativos de rastreamento de baixo consumo de energia e sem GPS

· BAIXO CUSTO:Reduz os custos de três maneiras:investimento em infraestrutura, despesas operacionais e sensores de nó final

· PADRONIZADO:A interoperabilidade global aprimorada acelera a adoção e implementação de redes baseadas em LoRaWAN e aplicativos IoT

· BAIXA POTÊNCIA:protocolo projetado especificamente para baixo consumo de energia, estendendo a vida útil da bateria em até 20 anos

· LONG RANGE:Estação base única fornece penetração profunda em densas regiões urbanas / internas, além de conectar áreas rurais a até 30 milhas de distância

· SEGURO:criptografia AES128 integrada de ponta a ponta

· ALTA CAPACIDADE:Suporta milhões de mensagens por estação base, ideal para operadoras de rede pública que atendem a muitos clientes

O RAK 831 é um frontend do LorA Radio; ou seja, ele atua como um receptor de pacotes de dados lora de entrada e os encaminha para um host de software / hardware de gerenciamento de agregador. Ele também pode transmitir pacotes de dados LoRA com base na solicitação de placas host. Em nosso caso, um raspberry pi 3 é a placa host que controla o frontend RAK 831.

Escolha do backhaul

O que é um backhaul? Backhaul refere-se a como o Raspberry Pi será conectado à Internet. Este guia se concentra no uso de Wi-Fi como backhaul, mas você também pode usar Ethernet ou 3G / 4G. Se você tiver Ethernet disponível perto do gateway, prefira-a em vez de WiFi ou 3G / 4G. Isso ocorre porque ter um sinal de rádio adicional dentro do gabinete causará ruído. O software pode lidar com o ambiente barulhento, então não é um grande problema, mas quanto menos barulhento, melhor. Você pode combinar esta escolha com Power-over-Ethernet para minimizar o cabeamento que vai até o gateway.

Por outro lado, se você escolher WiFi em vez de Ethernet, tente usar um dongle com antena externa e mova a antena para fora do gabinete para ter menos ruído dentro da caixa.

Configure o hardware:

Antes de conectar qualquer coisa e ligar, vamos fazer as seguintes configurações no raspberry pi e no módulo RAK 831:

RASPBERRY PI

1) Pegue a placa raspberry pi 3 e um cartão micro SD de 8 gb pronto com o software raspbian. Você pode até comprar um cartão SD noobs com o software pré-carregado. Para saber como fazer o flash do sistema operacional no cartão SD, siga as instruções aqui:https://www.raspberrypi.org/learning/hardware-guide/

2) Conecte o raspberry pi a uma fonte de alimentação 5v 2 ampères. ISTO É MUITO IMPORTANTE. O módulo lora pode obter um pico de 700 mA durante as transações sem fio ativas e, portanto, ter um bom bloco de energia para alimentar o pi de framboesa


raspberry pi v3

RAK 831:

1) Antes mesmo de ligar a placa, pegue as antenas que vieram em seu kit e conecte-as ao terminal de parafuso da antena. ISTO É ESSENCIAL.


Raspberry Pi v3, módulo RAK 831 e um nó Lora

Detalhes da conexão:

Aqui está uma tabela que mostra como conectar o módulo rak831 com o raspberry pi:
conexão rpi v3 para rak 831 pin O rak 831 silk screen mapeia para rak 831 pins.

rak 831 silk screen mapa para rak 831 pins

Para entender o layout do pino Raspberry Pi, acesse:https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/ para obter detalhes

Observações:

• O pino de reinicialização pode ser conectado a qualquer GPIO no raspberry pi 3.

• É essencial ter certeza de conectar os pinos da fonte de alimentação corretamente para evitar danos à placa RAK 831.

Ativar SPI:

O periférico SPI não é ativado por padrão. Para habilitá-lo, faça o seguinte.

• Execute sudo raspi-config.

• Use a seta para baixo para selecionar 9 opções avançadas

• Seta para baixo para A6 SPI.

• Selecione sim quando for solicitado que você ative o SPI ,

• Selecione também sim quando for perguntado sobre o carregamento automático do módulo do kernel.

• Use a seta para a direita para selecionar o botão .

• Selecione sim quando solicitar a reinicialização.

Raspi-config para SPI

O sistema será reinicializado. Quando ele voltar, faça login e digite o seguinte comando

> ls / dev / * spi *

O Pi deve responder com

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

Eles representam os dispositivos SPI nos pinos 0 e 1 de ativação do chip, respectivamente. Esses pinos são conectados dentro do Pi. Normalmente, isso significa que a interface suporta no máximo dois periféricos, mas há casos em que vários dispositivos podem ser encadeados, compartilhando um único sinal de habilitação de chip.

Fornecer energia para a placa:

Como acontece com qualquer projeto sem fio, eles tendem a exigir mais energia do que a placa host pode fornecer por meio dos pinos de alimentação. Os dois esquemas abaixo enumeram como você pode alimentar o RAK 831 e o raspberry pi 3.

1) Alimente o trilho de 5v do Raspberry Pi

2) Alimente o trilho de 5 V no Raspberry Pi e no RAK831 separadamente

Instalação do software:

No Raspberry pi vamos seguir os seguintes passos para instalar o software essencial:

• Ative o SPI:

Use o utilitário raspi-config para habilitar SPI ([5] Opções de interface -> P4 SPI) e também expandir o sistema de arquivos ([7] Opções avançadas -> A1 Expandir sistema de arquivos):

$ sudo raspi-config

• Certifique-se de que o git esteja instalado

Sudo apt-get update
Sudo apt-get upgrade
Sudo apt-get install git

• Gerenciar sua conexão wi-fi no Raspberry Pi

• Configure as credenciais de wi-fi (verifique aqui para obter detalhes adicionais)

$ sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

E adicione o seguinte bloco no final do arquivo, substituindo o SSID e a senha para corresponder à sua rede:

rede ={
ssid =“The_SSID_of_your_wifi”
psk =“Your_wifi_password”
}

• Clone o instalador e inicie a instalação

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

• A etapa de instalação perguntará se você deseja habilitar a configuração remota. Digite 'y' ou 'sim' e continue com a instalação. No início da instalação da linha de comando, o script mostraria o gateway EUI que é importante para as próximas etapas. ANOTE!

• Se desejar usar a opção de configuração remota, certifique-se de ter criado um arquivo JSON denominado como seu gateway EUI (por exemplo, B827EBFFFE7B80CD.json) no repositório do Gateway Remote Config aqui:https://github.com/ttn -zh / gateway-remote-config. Bifurque o repo, adicione seu arquivo .json com a configuração apropriada e, em seguida, comprometa o repo bifurcado. Uma vez feito isso, envie uma solicitação pull para o repo master e o arquivo deve aparecer no repo no dia seguinte. Um exemplo de json é mostrado abaixo:

{
“gateway_conf”:{
“gateway_ID”:“o id conforme anotado na saída do console install.sh”,
“servidores”:[
{
“Server_address”:“o roteador ao qual você deseja se conectar”,
“serv_port_up”:1700,
“serv_port_down”:1700,
“serv_enabled”:true
}
],
“ref_latitude”:o lat do gateway rak 831,
“ref_longitude”:o comprimento do gateway rak 831,
“ref_altitude”:40,
“contact_email”:“email de contato do proprietário do gateway”,
“descrição”:“uma breve descrição”
}
}

Observação:

Para obter uma lista de roteadores válidos, verifique o link aqui:https://www.thethingsnetwork.org/wiki/Backend/Connect/Gateway

• Por padrão, o instalador altera o nome do host do seu Raspeberry Pi para ttn-gateway (para evitar colisões com outros Raspberry Pis na sua rede). Você pode substituir isso no modo de configuração não remoto.

• HURRAY seu gateway deve funcionar agora. Certifique-se de reiniciar o gateway no dia seguinte para que seu arquivo json seja baixado corretamente para o RPi3.

• Observe que global_config.json em precisa ser ajustado de acordo com:

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

para aqueles que desejam usar o mp_pkt_fwd em vez do antigo encaminhador de pacote poli ouvido aqui e instale o mesmo com a instrução fornecida:

https://github.com/kersing/packet_forwarder/tree/master/mp_pkt_fwd. Novamente você pode ver o arquivo global_conf..json na raiz do projeto, apenas certifique-se de editar o arquivo (seções imp descritas abaixo) e copiar o mesmo para a pasta bin após a compilação.

Algumas entidades configuráveis ​​no global_conf.json:

O arquivo global_conf.json pode ser encontrado em ./bin/global_conf.json na base do diretório do seu projeto após a execução do script de instalação. Aqui está uma lista de algumas entidades que você pode querer editar no arquivo global_conf.json para sua configuração de gateway particular:

1) Configuração “radio_0” ou “radio_1”, especialmente o parâmetro Frequency e os parâmetros de varredura de frequência mínima e máxima.

2) seção “gateway_conf”., Especialmente o ID do gateway ou o EUI do seu gateway.

3) porta de ativação e desativação do servidor no mesmo objeto gateway_conf junto com o endereço do servidor TTN do endereço do seu próprio servidor de aplicativos, se estiver disponível.

Reinicialização do tabuleiro:

Sempre que iniciamos o raspberry pi, é uma boa prática reiniciar o módulo RAK831 lora anexado. Existem duas maneiras de fazer isso:

• Via script Shell:

Um pequeno script de shell pode ser escrito para redefinir o RAK831 antes que o driver LoRa possa acessar o hardware. O conteúdo do script de shell pode ser semelhante ao seguinte exemplo (que assume que o GPIO 17 (pino 11) do Raspberry Pi está conectado ao pino de reinicialização do RAK831):

#! / bin / bash
echo “17”> / sys / class / gpio / export
echo “out”> / sys / class / gpio / gpio17 / direção
echo “1”> / sys / class / gpio / gpio17 / value
sleep 5
echo “0”> / sys / class / gpio / gpio17 / value
sleep 1
echo “0”> / sys / class / gpio / gpio17 / valor

Essas linhas podem ser armazenadas em um arquivo chamado “rak831_reset.sh”. O usuário deve chamar este script uma vez após cada inicialização para colocar o IC concentrador em um estado limpo.

• Via fiação pi:

Se o sistema host for um Raspberry Pi, o usuário pode escrever um pequeno C-Tool para redefinir o conjunto RAK831. Para acessar os pinos GPIO do Raspberry Pi existe uma biblioteca chamada “wiringPi” que cuida dos detalhes de baixo nível. A biblioteca pode ser baixada em http://wiringpi.com. Consulte este site para obter instruções de instalação e uso. O conteúdo do arquivo RAK831_reset.c pode ser semelhante ao seguinte:

#include
#include
#define GPIO_RESET_PIN 0 // veja mapeamento wiringPi!
int main () {
wiringPiSetup ();
pinMode (GPIO_RESET_PIN, OUTPUT);
digitalWrite (GPIO_RESET_PIN, HIGH);
sleep (5);
digitalWrite (GPIO_RESET_PIN, LOW);
retornar;
}

O usuário deve chamar esta ferramenta uma vez após cada inicialização para colocar o IC concentrador em um estado limpo.

gcc -Wall -o blink blink.c -lwiringPi
sudo ./blink

Registre o gateway para a rede TTN:

Para fazer com que seus nós enviem dados para a nuvem, TheThingsNetwork fornece um serviço de nuvem para analisar e armazenar os dados enviados por nós lora por meio de um lora





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