基於使用 Semtech SX1302與樹莓派 Zero之低功耗Gateway方案

市場所佔優勢

解決問題一 (使用mPCIe介面來快速連接):
本方案優點之一是使用Semtech 參考設計所製作的mPCIe 介面模組，該介面為工業標準可以讓使用者在現有的工業電腦或是樹莓派中使用。


圖1

解決問題二 (降低體積及成本):


圖2

本方案之另一優點是使用樹莓派 Zero，之所以會選用該系統是借重其低功耗和在有限範圍的電路下提供1GHz的單核CPU、512MB記憶體、Mini-HDMI連結埠、Micro-USB連結埠、Micro-USB電源、40-ping接頭。 具802.11n的WIFI版本價格只需要美金10元，如果是沒有WIFI更僅僅只要美金5元。

解決問題三 (降低系統功耗):
如圖3所示我們可以看到Pi Zero 的功耗相對於Pi 4 版本整整從600mA降到100mA，約略少了六分之五。

圖3

在圖4圖5兩個圖片中我們可以看到在主晶片SX1302也比上一代的產品SX1301降低了許多的功耗。


圖4


圖5


方塊圖及主要元件作用說明


圖6

如圖6所示對於EU868和US915的參考設計是包含一個多通道SX1302基帶IC和兩個SX1250射頻收發器。 另外需要一個可以提供27dBm輸出的前端模塊以及必要的濾波器和電源來構成一個可以提供高性能的8通道LoRa網關。


圖7

對於如圖7中所支援CN490頻道架構而言，參考設計則是包括一個多通道SX1302基帶IC，兩個SX1250射頻收發器以及所有必要的濾波器和電源。

如何連接系統板及SX1302模組成為一個網關

在下圖8中的mPCIe轉板線路圖中我們可以看到所需要連接到樹莓派的有SPI中的 SCK, MISO, MOSI,CSN 四條線；I2C的 SCL & SDA；電源中3V3, GND及Reset, Power EN共10條線。

圖8

由於樹莓派3.0 與 ZERO 的接腳相同，所以此處我們使用樹莓派3.0來指引如何連接到圖8的mPCIe 轉板。

圖9 

如何進行Linux 更新與基本設定

更新Linux ~ 按下列指令輸入更新

   - $ sudo apt-get update

   - $ sudo apt-get upgrade

   - $ sudo apt-get dist-upgrade

   - $ sudo rpi-update

安裝Git 服務 ~ 按下列指令輸入執行完後重新啟動)

   - $ sudo apt install git

開啟Linux SPI/I2C/UART (輸入指令後進入選項選擇啟動SPI/I2C/UART)

   - $ sudo raspi-config:


圖10

輸入reboot指令重新啟動)

   - $ sudo reboot

如何安裝SX1302 HAL +數據包轉發器至Linux

從LoRa®Github獲取最新的Semtech軟件包（需要連接到互聯網）

   - $ git clone https://github.com/Lora-net/sx1302_hal.git

   - $ cd ~/sx1302_hal/

   - $ make clean all

   - $ ssh-keygen -t rsa

 

執行下述兩個命令是為了避免在安裝文件時輸入用戶密碼

   - $ ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub pi@localhost

 

您應該在輸入raspberry pi密碼後安裝所有程式

- $ make install

- $ make install_conf

 

將global_conf.json等可執行文件複製到bin文件夾中

 

使用指令讀取網關ID

$ ./chip_id

 

將網關ID加入global_conf.json 檔案中

"gateway_ID": "0x0016c001ff1801e6",

 

如何再Linux系統下啟動SX1302網關

進入Packet Forwarder檔案目錄後執行程序:

$ cd ~/sx1302_hal/bin/

$ ./lora_pkt_fwd –c global_conf.json.sx1250.EU868

圖9

成果演示

一 測試環境解說

在此次方案我們是如圖10中的架構來設定測試環境佈置

圖10

1. LoRaWAN 節點 ~ 使用環天世通所出品的LT501追蹤器發送資料至閘道機。
2. LoRaWAN 閘道機 ~ 樹莓派Zero W與SX1302組合之閘道機。
3. 終端機 ~ 使用PC經VNC 於同網段下連至閘道機。

二 實際測試環境及接收資料示範


圖11