单通道 LoRaWAN 网关 - SenseCAP Indicator

SenseCAP Indicator D1Pro	SenseCAP Indicator D1L

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本项目演示如何使用 SenseCAP Indicator 实现单通道 LoRaWAN 网关（LoRaHub），该设备使用 ESP32S3 作为主控 MCU 和 SX1262 LoRa 无线电，并在 The Things Network（TTN）上构建 LoRaWAN 应用程序。升级固件为那些有兴趣深入研究 LoRa 技术并建立与 LNS（LoRa 网络服务器）连接的用户提供了实用的解决方案。

对于单通道网关（称为单通道集线器），这些是低成本工具，使用户能够开始探索 LoRa 领域。这些网关可以在特定的扩频因子和通道上接收 LoRa 数据包，并促进这些数据包与网络的交换。由于其经济实惠，许多用户已经开始构建自己的单通道网关来试验 LoRa。

这是 GitHub 项目：SenseCAP Indicator LoRaHub 演示。

烧录固件

固件已准备好安装。只需从 bin 库下载最新版本。

tip

我们还在 GitHub 中提供了合并版本的固件。以下说明基于分离版本，便于初学者理解。如果您想直接烧录合并版本，请将烧录地址设置为 0x0。

如果您不使用完整的 ESP-IDF 环境，也可以使用 esptool 实用程序烧录提供的二进制文件。

点击下载固件：

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自定义和构建固件

如果您想重置配置，以下说明可以帮助您在 ESP-IDF 环境下自行构建固件。

设置环境

本项目基于 Espressif ESP-IDF 开发，请查看此指南来设置环境。

获取 ESP-IDF

mkdir -p ~/esp
cd ~/esp
git clone -b v5.2.1 --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git

设置工具

cd esp-idf/
./install.sh

单通道集线器的安装

步骤 1：将集线器克隆到本地仓库。并导航到项目路径。

git clone https://github.com/Seeed-Solution/SenseCAP_Indicator_ESP32.git

cd ~/this_project_directory/

步骤 2：安装所需驱动程序

获取无线电驱动程序：

cd ~/this_project_directory/components/radio_drivers

SX126x 驱动程序（sx1261、sx1262、sx1268）：

git clone -b v2.3.2 https://github.com/Lora-net/sx126x_driver.git sx126x_driver

llcc68 驱动：

git clone -b v2.3.2 https://github.com/Lora-net/llcc68_driver.git llcc68_driver

lr11xx 驱动程序(lr1121):

git clone -b v2.4.1 https://github.com/Lora-net/SWDR001.git lr11xx_driver

构建固件

步骤 1：进入 lorahub 目录。

cd ~/this_project_directory/lorahub

为从命令行使用 ESP-IDF 构建准备您的 Linux/MAC 终端。在 Windows 上可以跳过此步骤，因为已安装的 'ESP-IDF x.x CMD' 工具会自动准备环境。

. ~/esp/esp-idf/export.sh

配置要构建的 ESP32 目标。

idf.py set-target esp32s3

如有必要，自定义构建：

idf.py menuconfig

构建项目：

idf.py all

使用 esp-idf 烧录

识别要烧录的单通道集线器关联的串行设备。对于 linux 和 mac，可以通过以下命令检查串行端口

ls /dev/cu*

然后使用 idf.py 进行烧录，替换端口

idf.py -p port flash

如果返回权限错误，请检查当前用户是否属于 dialout 组。如果不是，请执行以下操作，重启 Linux 机器并重试：

sudo usermod -a -G dialout $USERNAME

在 Windows 设置中，假设设备挂载为 COM14，上述命令将如下所示：

idf.py -p COM14 flash

启动监控控制台查看日志（可选）。

idf.py -p port monitor

使用 esptool 烧录

如果不使用完整的 ESP-IDF 环境，也可以使用 esptool 工具烧录提供的二进制文件。

https://docs.espressif.com/projects/esptool/en/latest/esp32/

// 合并版本
esptool.py --chip esp32s3 -p port -b 460800 --before=default_reset --after=hard_reset write_flash --flash_mode dio --flash_freq 80m --flash_size 8MB 0x0 Indicator_Lorahub_v1.0.0.bin
// 分离版本
esptool.py --chip esp32s3 -p port -b 460800 --before=default_reset --after=hard_reset write_flash --flash_mode dio --flash_freq 80m --flash_size 8MB 0x0 bootloader.bin 0x10000 indicator_lorahub.bin 0x8000 partition-table.bin

在 Windows 设置中，用于刷写的 esptool 命令为：

// Merged version
py -m esptool --chip esp32s3 -p COM -b 460800 --before=default_reset --after=hard_reset write_flash --flash_mode dio --flash_freq 80m --flash_size 8MB 0x0 Indicator_Lorahub_v1.0.0.bin
// Seperated version
py -m esptool --chip esp32s3 -p COM -b 460800 --before=default_reset --after=hard_reset write_flash --flash_mode dio --flash_freq 80m --flash_size 8MB 0x0 bootloader.bin 0x10000 indicator_lorahub.bin 0x8000 partition-table.bin

将 port 和 COM 替换为所使用的串口名称。如果连接失败，请参阅故障排除。

使用 esptool-JS 烧录

推荐使用在线 esptool进行烧录。

步骤1：将波特率设置为 115200 并连接到正确的端口。

步骤2：选择 bin 文件并填入相应的烧录地址。

合并版本：

烧录地址	文件
0x0	Indicator_Lorahub_v1.0.0.bin

分离版本：

烧录地址	文件
0x0	bootloader.bin
0x10000	indicator_lorahub.bin
0x8000	partition-table.bin

Indicator 配置

步骤1. 进入 Wi-Fi 页面配置网络，选择合适的 SSID，并输入密码。

步骤2. 在 LoRa Gateway 页面配置参数，将 LNS 和端口设置为"1700"，点击"configure"，然后点击"reboot"。

连接到 The Things Network(TTN)

步骤 1： 登录 TTN 平台并进入 console，点击 Gateways->Register gateway。

步骤 2： 将 Indicator 的 Gateway ID 输入到 Gateway EUI 中。

步骤 3： 填入自定义网关名称后，选择相应的频率计划（必须与 Indicator 上的配置匹配），然后点击 Register gateway。此时，Indicator 的单通道网关已添加到 TTN。

步骤 4： 添加 Indicator 单通道网关后，点击 Applications 添加设备。在此示例中，使用 SenseCAP T1000 Tracker 作为节点设备。详细连接步骤请参考 Wiki：https://wiki.seeedstudio.com/cn/SenseCAP_T1000_tracker_TTN/。在 End devices->General settings->Network layer->Advanced MAC settings 中，需要将 Adaptive data rate (ADR) 设置为 Static mode，并且 ADR data rate index 需要根据 Indicator 上设置的 spreading factor 进行配置。例如，如果 spreading factor 设置为 9，则 ADR data rate index 应设置为 3，其他值同理。

步骤 5： 如下所示，您可以在添加的节点设备的 Live data 中查看 EVENT DETAILS 来查看相关日志。您可以看到节点设备通过新添加的 Indicator 单通道网关报告数据。

连接到 ChirpStack

步骤 1： 参考在 Ubuntu/Debian 上设置 ChirpStack 安装 ChirpStack。

步骤 2： 安装 ChirpStack 后，您需要在 /etc/chirpstack 目录中添加单通道区域定义。

在此 Wiki 中，我们在 EU868 频段下创建单通道定义，使用 868.1Mhz 通道。

region_eu868_1ch.toml

# 此文件包含一个示例 EU868 配置。
[[regions]]

  # ID 是此区域的用户定义标识符。
  id="eu868_1ch"

  # Description 是此区域的简短描述。
  description="EU868_1CH"

  # Common-name 指的是 LoRa 联盟定义的此区域的通用名称。
  common_name="EU868"


  # 网关配置。
  [regions.gateway]

    # 强制网关为私有。
    #
    # 如果启用，网关只能被同一租户下的设备使用。
    force_gws_private=false


    # 网关后端配置。
    [regions.gateway.backend]

      # 启用的后端类型。
      enabled="mqtt"

      # MQTT 配置。
      [regions.gateway.backend.mqtt]

        # 主题前缀。
        #
        # 主题前缀可用于定义网关的区域。
        # 注意，无需在前缀后添加尾随 '/'。如果配置了前缀，
        # 尾随 '/' 会自动添加到前缀后。
        topic_prefix="eu868"

        # MQTT 服务器（例如 scheme://host:port，其中 scheme 是 tcp、ssl 或 ws）
        server="tcp://$MQTT_BROKER_HOST:1883"

        # 使用给定的用户名连接（可选）
        username=""

        # 使用给定的密码连接（可选）
        password=""

        # 服务质量级别
        #
        # 0: 最多一次
        # 1: 至少一次
        # 2: 恰好一次
        #
        # 注意：增加此值会降低性能。
        # 更多信息：https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-6-mqtt-quality-of-service-levels
        qos=0

        # 清理会话
        #
        # 当此客户端连接到 MQTT 代理时，在连接消息中设置"清理会话"标志。
        # 通过设置此标志，您表示代理为此客户端保存的消息不应被传递。
        clean_session=false

        # 客户端 ID
        #
        # 设置此客户端连接到 MQTT 代理时使用的客户端 ID。
        # 客户端 ID 不得超过 23 个字符。如果留空，
        # ChirpStack 将生成一个随机 ID。
        client_id=""

        # 保持活动间隔。
        #
        # 这定义了客户端和服务器之间不应超过的最大通信间隔时间。
        keep_alive_interval="30s"

        # CA 证书文件（可选）
        #
        # 在设置安全连接时使用（当服务器使用 ssl://...）
        # 但服务器使用的证书不被服务器上的任何 CA 证书信任时使用
        #（例如自生成时）。
        ca_cert=""

        # TLS 证书文件（可选）
        tls_cert=""

        # TLS 密钥文件（可选）
        tls_key=""

  # 区域特定网络配置。
  [regions.network]
    
    # ADR 引擎使用的安装余量（dB）。
    #
    # 更高的数值意味着网络服务器将保持更多余量，
    # 导致更低的数据速率，但降低设备因无法到达
    # 周围网关之一而断开连接的机会。
    installation_margin=10

    # RX 窗口（A 类）。
    #
    # 设置为：
    # 0: RX1 / RX2
    # 1: 仅 RX1
    # 2: 仅 RX2
    rx_window=0

    # RX1 延迟（1 - 15 秒）。
    rx1_delay=1

    # RX1 数据速率偏移
    rx1_dr_offset=0

    # RX2 数据速率
    rx2_dr=0

    # RX2 频率（Hz）
    rx2_frequency=869525000

    # 在 RX1 数据速率小于时优先选择 RX2。
    #
    # 基于 RX1 数据速率优先选择 RX2 而不是 RX1。当 RX1 数据速率
    # 小于配置值时，网络服务器将首先尝试为 RX2 调度下行链路，
    # 如果失败（例如网关在 RX2 时间已经调度了负载），它将尝试 RX1。
    rx2_prefer_on_rx1_dr_lt=0

    # 基于链路预算优先选择 RX2。
    #
    # 当 RX2 的链路预算比 RX1 更好时，网络服务器将首先
    # 尝试在 RX2 中调度下行链路，如果失败则尝试 RX1。
    rx2_prefer_on_link_budget=false

    # 下行链路 TX 功率（dBm）
    #
    # 当设置为 -1 时，将使用配置频段的下行链路 TX 功率。
    #
    # 请查阅 LoRaWAN 区域参数和当地法规以了解有效和合法的选项。
    # 注意配置的 TX 功率必须被您的网关支持。
    downlink_tx_power=-1

    # ADR 已禁用。
    adr_disabled=true

    # 最小数据速率。
    min_dr=5

    # 最大数据速率。
    max_dr=5

    # 在 min_dr/max_dr 配置后添加以下内容
    enabled_uplink_channels=[0] 

您还可以自定义您的单通道区域，请参阅 LoRaWAN theory for the One-Channle Hub。

步骤 3： 修改 /etc/chirpstack/chirpstack.toml 以启用新定义的区域。

enabled_regions={
  ...,
  "eu868_1ch",
  ...,
}

步骤 4： 登录到 ChirpStack 控制台并添加单通道网关。

在添加网关之前，检查单通道区域是否已成功启用。

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如果单通道区域成功启用，将单通道网关添加到 ChirpStack。

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步骤 5： 在 LoRa Gateway 页面上配置参数，将地址设置为您的 ChirpStack 服务器地址，点击 configure，然后点击 reboot。

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重启后，您可以在 ChirpStack 控制台中看到状态变为在线。

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步骤 6： 我们可以通过使用与单通道网关相同的数据速率来优化终端设备的入网时间。

参考单通道网关配置 SF7 BW125，我们将 T1000-A 的数据速率调整为 DR5。

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配置 T1000-A 的数据速率后，我们需要为其创建设备配置文件。

区域选择 EU868，区域配置选择 EU868_1CH。

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如下图所示，您可以看到 T1000-A 成功通过单通道网关将数据上传到 ChirpStack。

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