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Lora转4G Cat1网关软硬件设计开源资料分享(MQTT协议版本)

jf_94171069 来源:jf_94171069 作者:jf_94171069 2024-09-18 16:08 次阅读

一、lora4G网关方案简介

lora转4G网关解决了物联网技术中长距离的要求,被广泛运用到各种各样行业之中,通信网络成本费极低,另外适用窄带传输数据,安全系数高。应用的地方也是非常的广泛,例如企业、大型工厂、智慧农业、远程抄表、智慧井盖、管廊、办公楼、智能巡检、智能家居、智慧灯杆、智慧供热等等。

二、lora转4G网关方案的硬件设计分享

1.硬件功能概述

奇迹的 AP6000E_AM430EV5 Lora 网关 MQTT 版本,乃是奇迹 lora 网关系列中的一个版本。它支持 lora 转 4G,支持 5×6 贴片卡/外置 SIM 卡/全网通卡,支持北斗/GPS 定位,支持卡基站定位,内嵌看门狗,掉线能自动恢复。具备标准工业 RS232/485 接口,能够支持 6 - 20V 的宽电压输入。

Lora 网关 MQTT版本为用户供应标准固件以及对应的源码,还有对应的 Lora 转 MQTT通讯、GNSS、AT 指令配置等功能的操作例程。

2.产品硬件定义

2.1 系统框图:

wKgaombiXNSALUyHAAJ8qOjMvEk915.png

2.2 HaaS框图:

AM430EV5系列SOM板:

AM430EV5 SOM板4(5*6卡/GNSS)Haas框图

wKgaombiXQCANgsjAADJEoKLcZE474.png

AM430EV5 SOM板5(全网通卡/GNSS)Haas框图

wKgZombiXZ6AOCt_AADQ4y4AwjQ170.png

AM430EV5 SOM板6(插拔卡/GNSS)Haas框图

wKgaombiXbWAUNY_AADHawUodkA042.png

lora SOM板:

wKgaombiXcyAZ4fNAAC0EkWLEro356.png

REV1主板Haas框图

wKgaombiXeyARzjNAAGSmEGDpjs980.png

2.3 SCH原理图拆解分析:

AM430EV5系列SOM板SCH:

详情请见飞书点击此处。

Lora SOM板SCH:

详情请见飞书点击此处。

REV1主板SCH:

详情请见飞书点击此处。

三、lora转4G网关方案的软件设计分享

1.软件功能概述

Lora网关是一款多功能 LoRa网关,支持主机轮询和从机主动上报两种软件工作模式。

功能概述:

网络通讯功能:为了实现远程控制中心对终端测控单元的控制,首先应该具备联网的能力,通过网络将两者连接起来。实现了网络通讯,就要考虑网络稳定的问题,如果不稳定,需要实现断线重连等。服务器确定设备目前在线

参数配置功能:网络通讯可以选择TCP,MQTT等协议。连接TCP服务器,需要配置TCP服务器地址,端口号等参数;连接MQTT服务器需要配置鉴权信息,订阅和发布的Topic等参数。此外,其它复杂功能,也会涉及到一些参数的配置。

网络参数配置功能:上述功能实现后,可以考虑后期维护过程中,当产品现场维护不方便,使用网络对其进行配置的方式。配置的方式可以选择多种形式,可以将上面的指令稍微修改,也可以另外写一份协议。

心跳功能:当产品和远程服务器建立连接后,服务器判断设备是否在线,需要RTU定时发送一串数据给服务器,用通信来确认产品在线。

远程控制功能:依托上述功能的实现,可以轻松地制定一些协议,远程服务器通过下发对应的协议,进行配置等。

主动轮询功能:主机按照配置的时间,逐一发送信息,询问从机设备

从机主动上报功能:从机上电后,会主动和主机进行通信,获取主机下发的上报设备,适用于低功耗场景。

2.软件功能定义

2.1 软件实现功能:

AT指令配置设备运行参数,包括:服务器连接IP、端口号;心跳包开启/关闭;心跳包内容;注册包模式;注册包内容。以及复位和查询相关配置参数指令。

可随时选择进入、退出透传模式

心跳保持功能,心跳间隔可配置

网络重连功能

理论上可以发送无限长度数据包

波特率固定为115200,可以根据客户需求定制

网络AT指令和JSON协议配置功能,可以通过服务器下发远程AT指令配置

支持远程升级

支持主机轮询和从机主动上报功能

2.2 软件功能模块分析:

按照上面的分析,开发的过程就是实现一个个组件,几个组件完成一个模块,几个模块完成一个项目的开发。

开发过程会从核心组件验证,完整代码详解,调试三个章节来讲,如何使用服务层API或应用层组件中的代码实现组件和模块,从而完成整个项目。

2.3 软件流程图:

wKgZombqib2ADvCFAALyeGHoW0s725.png

3.基开发豆平台开发分析

我们的目的是做一款MQTT通信的Lora网关,Lora网关应该具有的的功能,代码可以分为:数据存储模块,AT指令模块,切卡模块,透传模式切换模块,MQTT模块,心跳模块,掉线重连模块,主动上报模块,主机轮询模块。

模块是根据相似的功能,把对应的代码放到同一个源文件中。每个功能算作一个组件,不同组件组合以来,构成了模块的主要功能。

数据存储组件:包括文件创建,初始化,读写,关闭等。

AT指令组件:包括串口初始化,串口数据接收,发送,数据分析,AT指令解析

切卡组件:包括GPIO初始化,复位切卡

透传模式切换组件:包括串口初始化,串口数据接收,发送,数据分析,切换模式

掉线重连组件:包括连接状态检测,掉线重连

MQTT组件:包括订阅,发布Topic等

心跳组件:包括参数配置,定时发送

GNSS组件:包括参数配置,串口初始化,串口数据接收,数据分析,模式切换,定时上报

轮询组件:包括参数配置,GPIO初始化,中断检测,模式切换,定时上报,中断上报

从机主动上报组件:包括参数配置,ADC接口初始化,电流计算,定时上报

上述模块功能大致是按照依赖顺序来的,下面的模块实现可能要基于上面的组件。

AT指令模块

心跳模块

MQTT网络模块

网络AT模块

主任务模块

升级模块

IO模块

文件模块

JSON协议模块

Lora通信模块

四、Lora转4G网关方案成果展示

1.SCH的讲解和Geber文件资料

详情请见飞书奇迹物联知识库点击此处

2.Datasheet

详情请见飞书奇迹物联知识库点击此处

3.AT指令手册

详情请见飞书奇迹物联知识库点击此处

4.产品BOM

详情请见飞书奇迹物联知识库点击此处

5.固件下载链接

详情请见飞书奇迹物联知识库点击此处

五、如何了解更多lora转4G网关方案

本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki,更多技术干货欢迎关注收藏Wiki:Cellular IoT Wiki 知识库

(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf)

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