Primeiros passos com o RAK831 LoRa Gateway e RPi3

Este projeto o conduz por todas as etapas necessárias para colocar seu módulo RAK831 LoRa Gateway em funcionamento com WiFi como backhaul.

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 assume o 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.

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

· GEOLOCAÇÃO:Permite 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 conectarmos qualquer coisa e ligarmos, vamos fazer as seguintes configurações no módulo raspberry pi e RAK 831:

FRAMBOESA 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 à 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

RAK 831:

1) Antes mesmo de ligar a placa pegue a antena que veio no seu kit e conecte ao terminal de parafuso da antena. ISTO É ESSENCIAL.

Detalhes da conexão:

Aqui está uma tabela que mostra como conectar o módulo rak831 ao raspberry pi:

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

Notas:

• 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.

Habilitar 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 ele pede para você ativar o SPI ,
• Selecione também sim quando pergunta sobre o carregamento automático do módulo do kernel.
• Use a seta para a direita para selecionar o botão.
• Selecione sim quando pede para reiniciar.

O sistema será reiniciado. 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 5 V 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 o SPI ([5] Opções de interface -> P4 SPI) e também expandir o sistema de arquivos ([7] Opções avançadas -> Sistema de arquivos A1 Expandir):

  $ sudo raspi-config  

• Certifique-se de que o git esteja instalado

  Sudo apt-get updateSudo apt-get upgradeSudo 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:

  network ={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 você anotou na saída do console install.sh", "servers":[{"server_address" :"o roteador ao qual você deseja se conectar", "serv_port_up":1700, "serv_port_down":1700, "serv_enabled":true}], "ref_latitude":a lat do gateway rak 831, "ref_longitude":o long of the gateway rak 831, "ref_altitude":40, "contact_email":"e-mail de contato do proprietário do gateway", "description":"a short desciption"}}  

Nota:

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 procuram usar o mp_pkt_fwd em vez do antigo encaminhador de pacotes poly 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 copiá-lo 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 aplicação, se estiver disponível.

Fonte:Introdução ao RAK831 LoRa Gateway e RPi3