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LoRaWAN® 网关模块 WM1302

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LoRaWAN® 是 LoRa Alliance® 的授权商标。 LoRa® 标识是 Semtech Corporation 或其子公司的商标。

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我们最近发布了基于 Wio-E5 模块的 Wio-E5 系列。

点击这里了解 LoRa-E5 家族的新成员，从 Wio-E5 Module Grove 模块、迷你开发板到开发套件。

要了解更多关于使用 STM32Cube MCU Package for STM32WL series(SDK) 创建 LoRaWAN® 终端节点、加入并向 LoRaWAN® 网络发送数据的信息，请阅读迷你开发板和开发套件的 wiki 页面。

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WM1302 模块提供两种不同的接口版本。SPI 版本是目前的主流选择。如果您偏好 USB 版本，硬件修改需要对原始官方固件进行某些调整才能使模块正常工作。更多详情请参考 FAQ 部分。

WM1302 模块是新一代 mini-PCIe 外形规格的 LoRaWAN® 网关模块。基于 Semtech® SX1302 基带 LoRaWAN® 芯片，WM1302 为网关产品释放了更大的长距离无线传输潜力。与之前的 SX1301 和 SX1308 LoRa® 芯片相比，它具有更高的灵敏度、更低的功耗和更低的工作温度。

WM1302 LoRaWAN® 网关模块在 US915 和 EU868 频段上都有 SPI 和 USB 版本，让您可以选择广泛的 LoRaWAN® 频率计划选项，包括 EU868、US915、AS923、AS920、AU915、KR920 和 IN865。

WM1302 模块已通过 CE、FCC 和 Telec 认证，有助于简化 LoRaWAN® 网关设备的开发和认证过程。

WM1302 专为 M2M 和 IoT 应用而设计，可广泛应用于支持 LPWAN 网关的场景。它将是您显著降低开发 LoRa® 网关设备（包括 LoRaWAN® 网关、热点等）的技术难度和时间消耗的完美选择。

特性​

  • 采用 Semtech® SX1302 基带 LoRa® 芯片，极低功耗和高性能。
  • 标准 52 针金手指的 Mini-PCIe 外形规格，易于与各种网关设备集成。
  • 超低工作温度，无需额外散热，减小 LoRaWAN® 网关的尺寸。
  • 高灵敏度，配合 SX1250 TX/RX 前端可达 -139 dBm @SF12；TX 功率在 @3.3V 时可达 26 dBm。
  • 通过 CE、FCC 和 TELEC 认证。简化最终产品认证过程。

硬件概述​

原理图​

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引脚图​

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Raspberry Pi 引脚映射​

40 Pin No.(BOARD#)Raspberry Pi GPIO(BCM#)WM1302 Pi HAT Pinout
13.3VNC
25V5V
3GPIO 2I2C_SDA
45V5V
5GPIO 3I2C_SCL
6GNDGND
7GPIO 4NC
8GPIO 14GPS_RXD
9GNDGND
10GPIO 15GPS_TXD
11GPIO 17SX1302_RESET
SPI 版本：高电平有效
USB 版本：低电平有效
12GPIO 18SX1262_BUSY
13GPIO 27NC
14GNDGND
15GPIO 22NC
16GPIO 23SX1262_DIO1
173.3VNC
18GPIO 24SX1262_DIO2
19GPIO 10SPI_MOSI
20GNDGND
21GPIO 9SPI_MISO
22GPIO 25GPS_RST
23GPIO 11SPI_SCK
24GPIO 8SX1302_CS
25GNDGND
26GPIO 7NC
27GPIO 0I2C_SDA(EEPROM)
28GPIO 1I2C_SCL(EEPROM)
29GPIO 5SX1262_RST
30GNDGND
31GPIO 6SX1262_CS
32GPIO 12GPS_WAKE_UP
33GPIO 13NC
34GNDGND
35GPIO 19NC
36GPIO 16NC
37GPIO 26NC
38GPIO 20NC
39GNDGND
40GPIO 21NC

规格参数​

区域EU868US915
频率863-870MHz902-928MHz
灵敏度-125dBm @125K/SF7
-139dBm @125K/SF12		-125dBm @125K/SF7
-139dBm @125K/SF12
TX 功率26 dBm（3.3V 电源供电）25 dBm（3.3V 电源供电）
LED电源：绿色 配置：红色 TX：绿色 RX：蓝色
外形规格Mini PCIe，52 针金手指
功耗（SPI 版本）待机：7.5 mA
TX 最大功率：415 mA
RX：40 mA
功耗（USB 版本）待机：20 mA
TX 最大功率：425 mA
RX：53 mA
LBT（先听后说）支持
天线连接器U.FL
工作温度-40°C 至 85°C
尺寸30 mm（宽）× 50.95 mm（长）
认证CE

应用​

  • LPWAN 网关设备开发

  • 任何长距离无线通信应用开发

  • LoRa® 和 LoRaWAN® 应用学习和研究

尺寸​

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入门指南​

SPI 版本和 USB 版本的区别​

对于 WM1302 LoRaWAN® 网关模块 SPI 版本，Semtech SX1302 和 SX126x 芯片通过相同的 SPI 总线连接到 Raspberry Pi，使用不同的片选（CS）引脚。

对于 WM1302 LoRaWAN® 网关模块 USB 版本，Semtech SX1302 和 SX126x 芯片连接到 STM32L4 MCU，这个出厂预编程的 MCU 将作为 USB 设备工作，成为 Raspberry Pi 和 SX1302/SX126x 之间的桥梁。

WM1302 快速入门​

所需硬件​

  • WM1302 LoRaWAN® 网关模块

  • 带有 40 针 GPIO 接头的 Raspberry Pi 开发板（例如 Raspberry Pi 4B 或 Raspberry 3B+）

  • 适用于 Raspberry Pi 的 WM1302 Pi Hat

  • Raspberry Pi 电源适配器

  • 一个 LoRa® 天线

  • 一张 8G 或更大的 SD 卡和读卡器

  • 如果使用 WM1302 LoRaWAN® 网关模块 USB 版本，需要一根 Type C USB 线

所需软件​


步骤 1. 安装 WM1302 Raspberry Pi Hat 并安装 WM1302 模块​

首先关闭 Raspberry Pi 电源，按照下图将 WM1302 模块插入 Pi Hat 并用螺丝固定。

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步骤 2. 启用 Raspbian I2C 和 SPI 接口​

WM1302 模块通过 SPI 和 I2C 接口与 Raspberry Pi 通信。但这两个接口在 Raspbian 中默认未启用，因此开发者需要在使用 WM1302 之前启用它们。这里，我们介绍一种命令行方式来启用 SPI 和 I2C 接口。

首先，通过 SSH 登录 Raspberry Pi 或使用显示器（不要使用串行控制台，因为 Pi Hat 上的 GPS 模块占用了 Pi 的硬件 UART 引脚），然后在命令行中输入 sudo raspi-config 打开 Raspberry Pi 软件配置工具：

sudo raspi-config

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  1. 选择 Interface Options

  2. 选择 SPI，然后选择 Yes 启用它

  3. 选择 I2C，然后选择 Yes 启用它

  4. 选择 Serial Port，然后对"Would you like a login shell..."选择 No，对"Would you like the serial port hardware..."选择 Yes

  5. 完成后，请重启 Raspberry Pi 以确保这些设置生效。

步骤 3. 获取并编译 SX1302 源代码​

现在让我们安装 git 并从 github 下载 sx1302_hal（SX1302 LoRa 网关的库和程序）：

sudo apt update
sudo apt install -y git
cd ~
git clone https://github.com/Lora-net/sx1302_hal

移动到 sx1302_hal 文件夹并编译所有内容：

cd ~/sx1302_hal
make

步骤 4. 运行 Semtech SX1302 数据包转发器​

将 reset_lgw.sh 复制到 packet_forwarder 文件夹，并使用文本编辑器 nano 修改 reset_lgw.sh 脚本中 SX1302 和 SX1261 的 reset pin：

cp tools/reset_lgw.sh packet_forwarder/
cd packet_forwarder
nano tools/reset_lgw.sh

您将看到默认的 reset pin 如下：

# GPIO mapping has to be adapted with HW
#

SX1302_RESET_PIN=23     # SX1302 reset
SX1302_POWER_EN_PIN=18  # SX1302 power enable
SX1261_RESET_PIN=22     # SX1261 reset (LBT / Spectral Scan)
AD5338R_RESET_PIN=13    # AD5338R reset (full-duplex CN490 reference design)

这里我们使用 cat /sys/kernel/debug/gpio 命令，这是内核 debugfs 文件系统提供的调试接口。它主要用于监控 Raspberry Pi 上所有 GPIO 引脚的实时状态。

gpiochip0 是我们真正感兴趣的：WM1302 模块通过 Pi HAT 的 40 针接头连接到 Raspberry Pi，所有这些都由这个控制器管理。

pi@raspberrypi:~/sx1302_hal/packet_forwarder $ cat /sys/kernel/debug/gpio
gpiochip0: GPIOs 571-624, parent: platform/1f000d0000.gpio, pinctrl-rp1:
 gpio-571 (ID_SDA              )
 gpio-572 (ID_SCL              )
 gpio-573 (GPIO2               )
 gpio-574 (GPIO3               )
 gpio-575 (GPIO4               )
 gpio-576 (GPIO5               )
 gpio-577 (GPIO6               )
 gpio-578 (GPIO7               |spi0 CS1            ) out hi ACTIVE LOW
 gpio-579 (GPIO8               |spi0 CS0            ) out hi ACTIVE LOW
 gpio-580 (GPIO9               )
 gpio-581 (GPIO10              )
 gpio-582 (GPIO11              )
 gpio-583 (GPIO12              )
 gpio-584 (GPIO13              )
 gpio-585 (GPIO14              )
 gpio-586 (GPIO15              )
 gpio-587 (GPIO16              )
 gpio-588 (GPIO17              )
 gpio-589 (GPIO18              )
 gpio-590 (GPIO19              )
 gpio-591 (GPIO20              )
 gpio-592 (GPIO21              )
 gpio-593 (GPIO22              )
 gpio-594 (GPIO23              )
 gpio-595 (GPIO24              )
 gpio-596 (GPIO25              )
 gpio-597 (GPIO26              )
 gpio-598 (GPIO27              )
 gpio-599 (PCIE_RP1_WAKE       )
 gpio-600 (FAN_TACH            )
 gpio-601 (HOST_SDA            )
 gpio-602 (HOST_SCL            )
 gpio-603 (ETH_RST_N           |phy-reset           ) out hi ACTIVE LOW
 gpio-604 (-                   )
 gpio-605 (CD0_IO0_MICCLK      |cam0_reg            ) out lo 
 gpio-606 (CD0_IO0_MICDAT0     )
 gpio-607 (RP1_PCIE_CLKREQ_N   )
 gpio-608 (-                   )
 gpio-609 (CD0_SDA             )
 gpio-610 (CD0_SCL             )
 gpio-611 (CD1_SDA             )
 gpio-612 (CD1_SCL             )
 gpio-613 (USB_VBUS_EN         )
 gpio-614 (USB_OC_N            )
 gpio-615 (RP1_STAT_LED        |PWR                 ) out hi ACTIVE LOW
 gpio-616 (FAN_PWM             )
 gpio-617 (CD1_IO0_MICCLK      |cam1_reg            ) out lo 
 gpio-618 (2712_WAKE           )
 gpio-619 (CD1_IO1_MICDAT1     )
 gpio-620 (EN_MAX_USB_CUR      )
 gpio-621 (-                   )
 gpio-622 (-                   )
 gpio-623 (-                   )
 gpio-624 (-                   )

如果您的系统没有自动挂载 debugfs，您必须首先手动挂载它：

sudo mount -t debugfs none /sys/kernel/debug

根据这些信息，我们可以找出 GPIO 引脚 gpio-588, gpio-589, gpio-576 与其对应的物理引脚索引 (GPIO17), (GPIO18), (GPIO5) 之间的关系。

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请参考 Raspberry Pi 引脚映射 表获取完整的 GPIO 引脚映射。

根据我们获得的 GPIO 信息修改 SX1302_RESET_PIN、SX1302_POWER_EN_PIN 和 SX1261_RESET_PIN，如下所示：

# GPIO mapping has to be adapted with HW
#

SX1302_RESET_PIN=588     # SX1302 reset
SX1302_POWER_EN_PIN=589  # SX1302 power enable
SX1261_RESET_PIN=576      # SX1261 reset (LBT / Spectral Scan)
AD5338R_RESET_PIN=13    # AD5338R reset (full-duplex CN490 reference design)

按 CTRL + x，然后按 y 和 Enter 保存这些更改并关闭文本编辑器。


您也可以参考下面的完整脚本：

reset_lgw.sh
#!/bin/sh

# This script is intended to be used on SX1302 CoreCell platform, it performs
# the following actions:
#       - export/unpexort GPIO23 and GPIO18 used to reset the SX1302 chip and to enable the LDOs
#       - export/unexport GPIO22 used to reset the optional SX1261 radio used for LBT/Spectral Scan
#
# Usage examples:
#       ./reset_lgw.sh stop
#       ./reset_lgw.sh start

# GPIO mapping has to be adapted with HW
#

SX1302_RESET_PIN=588     # SX1302 reset
SX1302_POWER_EN_PIN=589  # SX1302 power enable
SX1261_RESET_PIN=576     # SX1261 reset (LBT / Spectral Scan)
AD5338R_RESET_PIN=13    # AD5338R reset (full-duplex CN490 reference design)

WAIT_GPIO() {
    sleep 0.1
}

init() {
    # setup GPIOs
    echo "$SX1302_RESET_PIN" > /sys/class/gpio/export; WAIT_GPIO
    echo "$SX1261_RESET_PIN" > /sys/class/gpio/export; WAIT_GPIO
    echo "$SX1302_POWER_EN_PIN" > /sys/class/gpio/export; WAIT_GPIO
    echo "$AD5338R_RESET_PIN" > /sys/class/gpio/export; WAIT_GPIO

    # set GPIOs as output
    echo "out" > /sys/class/gpio/gpio$SX1302_RESET_PIN/direction; WAIT_GPIO
    echo "out" > /sys/class/gpio/gpio$SX1261_RESET_PIN/direction; WAIT_GPIO
    echo "out" > /sys/class/gpio/gpio$SX1302_POWER_EN_PIN/direction; WAIT_GPIO
    echo "out" > /sys/class/gpio/gpio$AD5338R_RESET_PIN/direction; WAIT_GPIO
}

reset() {
    echo "CoreCell reset through GPIO$SX1302_RESET_PIN..."
    echo "SX1261 reset through GPIO$SX1302_RESET_PIN..."
    echo "CoreCell power enable through GPIO$SX1302_POWER_EN_PIN..."
    echo "CoreCell ADC reset through GPIO$AD5338R_RESET_PIN..."

    # write output for SX1302 CoreCell power_enable and reset
    echo "1" > /sys/class/gpio/gpio$SX1302_POWER_EN_PIN/value; WAIT_GPIO

    echo "1" > /sys/class/gpio/gpio$SX1302_RESET_PIN/value; WAIT_GPIO
    echo "0" > /sys/class/gpio/gpio$SX1302_RESET_PIN/value; WAIT_GPIO

    echo "0" > /sys/class/gpio/gpio$SX1261_RESET_PIN/value; WAIT_GPIO
    echo "1" > /sys/class/gpio/gpio$SX1261_RESET_PIN/value; WAIT_GPIO

    echo "0" > /sys/class/gpio/gpio$AD5338R_RESET_PIN/value; WAIT_GPIO
    echo "1" > /sys/class/gpio/gpio$AD5338R_RESET_PIN/value; WAIT_GPIO
}

term() {
    # cleanup all GPIOs
    if [ -d /sys/class/gpio/gpio$SX1302_RESET_PIN ]
    then
        echo "$SX1302_RESET_PIN" > /sys/class/gpio/unexport; WAIT_GPIO
    fi
    if [ -d /sys/class/gpio/gpio$SX1261_RESET_PIN ]
    then
        echo "$SX1261_RESET_PIN" > /sys/class/gpio/unexport; WAIT_GPIO
    fi
    if [ -d /sys/class/gpio/gpio$SX1302_POWER_EN_PIN ]
    then
        echo "$SX1302_POWER_EN_PIN" > /sys/class/gpio/unexport; WAIT_GPIO
    fi
    if [ -d /sys/class/gpio/gpio$AD5338R_RESET_PIN ]
    then
        echo "$AD5338R_RESET_PIN" > /sys/class/gpio/unexport; WAIT_GPIO
    fi
}

case "$1" in
    start)
    term # just in case
    init
    reset
    ;;
    stop)
    reset
    term
    ;;
    *)
    echo "Usage: $0 {start|stop}"
    exit 1
    ;;
esac

exit 0


根据您使用的模块，在相应的 global_conf.json.sx1250.xxxxx 中选择您首选的 LoRaWAN 网络服务器 server_address 和网关 EUI gateway_ID，并将 up/down port 修改为 1700。然后运行以下代码启动集中器：

cd ~/sx1302_hal/packet_forwarder

# Please select one of the following comands based on your module
# for WM1302 LoRaWAN Gateway Module (SPI) - EU868
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.EU868

# for WM1302 LoRaWAN Gateway Module (SPI) - US915
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.US915

现在，数据包转发器能够正确运行。要成功将数据转发到我们的 LoRaWAN 网络服务器（例如 TTN 或 ChripStack），我们仍需要在服务器端进行一些配置。

为此，我们需要首先将刚刚构建的 Raspberry Pi 网关注册到我们的 LoRa 网络服务器。以 TTN 为例，登录 TTN 控制台，点击左侧面板上的 Gateways 按钮，然后点击 Register gateway。填写 Gateway EUI、Gateway Server address 和 Frequency plan，其他选项保持默认设置。

  • Gateway EUI： 您网关的 64 位唯一标识符。

  • Gateway Server address： 部署网络服务器的集群的 URL（例如 eu1.cloud.thethings.network）。

  • Frequency plan： 根据您的地区配置相应的频率计划。欧洲使用 Europe 863-870 MHz (SF9 for RX2-recommended)，美国使用 United States 902-928 MHz, FSB 2。

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成功注册网关后，按 CTRL + c 停止 lora_pkt_fwd，然后编辑并检查 global_conf.json.sx1250.xxxx 配置文件，确保 "gateway_ID" 和 "server_address" 条目与 LNS 中的设置完全匹配。

    ...
"gateway_conf": {
    "gateway_ID": "AA555A0000000000",
    /* change with default server address/ports */
    "server_address": "eu1.cloud.thethings.network",
    "serv_port_up": 1700,
    "serv_port_down": 1700,
    ...

使用命令 ./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.xxxxx 重启 lora_pkt_fwd，您应该能够发现您的 Raspberry Pi 网关已连接到 TTN。

常见问题​

为什么即使所有设置都正确，我的设备也无法加入网络服务器？

我们观察到某些模块（WM1302-US915 USB 版本）可能由于硬件差异而无法正确传输下行数据包。要解决此问题，请将宏 TX_JIT_DELAY（您可以在 /sx1302_hal/packet_forwarder/src/jitqueue.c 中找到此宏）的值从 40000 修改为 120000，并重新编译 sx1302_hal。

资源​

认证​

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