AIoT应用创新大赛-基于TencentOS Tiny的低成本LoRa边缘网关

1 前言

本作品基于Tencentos tiny与EVB AIoT开发板实现的低成本LoRa边缘网关(LGW-Edge v1.0)。

LGW-Edge v1.0的主控制器采用NXP跨界MCU IMX RT1062，借助RT1062强大的处理能力，可以很好满足多样的物联网边缘设备需求。

LoRa通信采用Semtech公司的lora transceiver模块SX126x模块，相比采用专门的LoRa网关芯片SX130x ，在满足边缘应用项目需求的同时，也具有较低的BOM成本优势，便于规模应用。借助LoRa调制的远距离通信能力、低功耗特性，在全屋智能、智慧社区、智慧楼宇等局域应用领域，基本可以方便接入电池供电的LoRa\LoRaWAN终端设备。

服务器平台采用腾讯云 iot explorer，IoT Explorer是腾讯云打造的一站式物联网开发平台，腾讯云IoT Explorer从设备接入上提供多种完善的通信对接模式，如WIFI、LoRaWAN等。

1.1 LGW-Edge当前支持功能

LGW-Edge v1.0当前主要支持功能有：

• 支持lora私有数据传输服务
  • 在边缘侧之前解析私有lora系统
  • 支持射频测试(CW)、双向\单向通信测试、空口抓包等。也可以用于进行lora数据透传。
• 支持单通道的lorawan网关服务
  • lorawan网关服务，通过wifi对接到腾讯云 iot explorer的LoRaWAN服务器平台，实现小范围lorawan设备覆盖等。
• 北向连接支持wifi通信
• 支持串口shell命令
  • 支持lora射频参数配置(SF\BW\数据包大小等)
  • 支持lora网关参数配置(上下行频率\通信速率、服务器地址等)

2 开发环境与软硬件资源

2.1 软件开发平台

• Tencentos Tiny：2.4.5
• 开发工具及版本：MCUX Presso IDE v11.4.1 2、MDK5

2.2 硬件开发平台

• EVB AIoT开发板
  • IMX RT1062CLV
  • WIFI模块 ESP8266
• LoRa模块
  • SX1268 SPI模块
• 液晶板
  • 800*480 TFT屏幕

2.2.1 TOS EVB AIoT开发板

EVB_AIoT是腾讯物联网操作系统TencentOS tiny 团队联合恩智浦半导体、厚德物联网设计的一款高性能AIoT评估板，用于TencentOS tiny 基础内核和AIoT应用功能体验和评估。

详细可参考 《TencentOS tiny定制开发板EVB_AIoT快速入门指南》

EVB_AIoT开发板

• 内置TencentOS Tiny开源物联网操作系统
• NXP RT1062跨界处理器，最高主频528M
• Flash与RAM资源
  • 1M RAM
  • 16M SDRAM
  • 128MB qspi flash
  • 64MB spi flash
• 板载Type-C接口CMSIS DAP仿真器
• 板载物联网俱乐部WAN Interface接口，可支持WiFi等模组
• 板载物联网俱乐部E53 Interface接口，可扩展全系E53传感器；
• 预留SD卡、用户按键、SPI Flash

3 系统总体设计

3.1 系统应用框架

LGW-Edge v1.0可用于连接物联网LoRa/LoRaWAN终端设备与云端服务器，构建智能社区、智慧农业等典型应用场景。

图3.1 系统应用框图

3.2 系统硬件框架

LGW-Edge v1.0硬件主要由EVB AIoT开发板+ WIFI模块(ESP8266 )+外接LoRa SPI模块(SX1268)组成。

北向采用WiFi模块ESP8266，南向采用LoRa通信方式，支持LoRa私有协议、单通LoRaWAN单接入功能。

对于智能家居等应用，若有中控要求，则可进一步使用触摸屏来进行人机交互。

图3.2 系统硬件框图

3.2.1 LED

相比ST来说，NXP的GPIO设计更加复杂，但是配置更加灵活，而且每个GPIO都能配置成中断方式，外部上拉也能选择不同的上拉电阻。

3.2.2 调试串口(LPUART1)

3.2.3 按键

3.2.4 LoRa模块SX126X接口(LPSPI3)

LoRa模块通过外部飞线方式连接到E53接口，主要使用到了SPI3接口、GPIO口

3.2.5 ESP8266模块接口(LPUART2)

ESP8266模块插接在WAN接口。使用LPUART2。

3.3 系统软件框架

LGW-Edge v1.0主体功能之一是LoRa通信服务、单通道LoRaWAN网关服务，北向通信协议是基于UDP通信，南向通信协议是私有LoRa或者LoRaWAN等，可以用于接入采用LoRa、LoRaWAN通信的终端设备。搭建小型LPWAN网络。

系统软件框图

5 作品输出

5.1 视频

lora通信服务

图5.1 LGW-Edge v1.0接入iot explorter平台(LoRaWAN服务)

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