基于Semtech LR1110 开发之LoRaEdge 定位追踪器方案

方案应用场景描述

本方案主要是介绍如何在Semtech 最新推出的LoRa Edge架构下设计开发一追踪器，主要的目的是在协助现有使用传统GPS追踪器的使用者有着新一代更省电及更安全的选择。本方案的场景使设定在一不需要更换电池的但需要长时间使用的追踪器比如资产管理、人员追踪等。

方案优势

一. 超低功耗，简化设计
LoRa Edge平台提供了一种低能耗的地理定位解决方案，该解决方案支持资产管理应用程序，例如资产定位，资产回收，资产可追溯性，库存管理和资产损失预防。

二. 使用LoRa改善传输技术改善通讯能力

追踪器应用大规模的使用在如人员或是资产管理，事务联网中的一大应用，对于此类应用一班都是使用GSM、4G、FSK、Wifi或是卫星通讯来做为通讯方式。但这些通讯方式或多或少都有其先天的限制，下面为我约略做的整理比较表

 

依上表来看，如果我们要在此等应用中使用上列技术的话会有点挑战性。所以我们以本方案来提出使用LoRa方式来解决如下问题

1. 距离: LoRa 可提供高至-148 dB 的感度，可提供长距离及高穿透性的应用。
2. 抗干扰: 使用展频技术可提杂讯抗干扰能力。
3. 省电: 低至0.1uA之耗电可提供长时间不需更换电池使用。

方案特色说明

本方案向对有兴趣探索LoRa Edge™ 追踪器的开发​​人员和产品经理展示如何使用 LR1110 来开发一个具有LoRaWAN功能的LoRa Edge GNSS/Wifi 追踪器，并示范如何将使用LR1110开发的追踪器注册登录到LoRa Geolocation Cloud系统。

工作原理描述说明

本方案的结构是使用Semtech 新一代的全方位 LoRa 芯片LR1110来做核心，另外使用STM32单芯片来作程序控制。在此架构中所使用的LoRa Edge 是一个为了提供超低功耗的平台，其使用Semtech整合了远程 LoRa® 收发器、多星座GNSS扫描及无源的 Wi-Fi AP MAC 地址扫描来提供一可供室内及室外的双模资产定位管理应用。而LR1110 解决方案是创新的将位置定位运算转移到Semtech的 LoRa Cloud™ 地理定位功能服务器，通过在基于云的求解器中确定资产位置来显著降低功耗。

 

LR1110 硬体开发介绍

一. 硬体介绍

• LR1110 (LoRa Basics Modem-E) ~ 一款Semtech超低功耗芯片，内含LoRa收发器、GNSS卫星扫描和无源 Wi-Fi AP MAC地址扫描，专注于资产管理应用。
• STM32WB55XX ~ 一个专用的Arm® Cortex®-M0多协议无线和超低功耗设备嵌入芯片，符合蓝牙®低功耗SIG规范0 和 IEEE 802.15.4-2011。

二. MCU与LoRa Basics Modem-E之间的控制信号

• 1个SPI界面从MCU连接到LR1110 (LoRa Basics Modem-E接口
• LoRa Basics Modem-E 输出的SPI、复位、事件及忙碌线
• 1个从MCU连接到加速度计传感器的I2C接口
• GPIO用于连接霍尔效应传感器和用户控制按钮
• SPDT 控制线
  • 两条从MCU作为用于控制GNSS、Wi-Fi 和BLE天线的选择
  • 一条来自 LoRa Basics Modem-E用于LoRa RX/TX 路径的选择

 三. 电气特性

• 最大电气特性

 

• 于3V时的基本功耗

 四. PCB板制作及SMT打件

该参考设计提供完整之Schematic、Layout、Gerber、SMT Component pick up、Drill及PCB Layer建议如下，故您可以直接拿gerber去送洗制作电路板并且打零上件。或是参考及修改设计

LR1110 软体开发环境介绍

一. LoRa Edge 韧体烧录

• 首先您需要准备Semtech 开发工具LR1110DVK1TCKS，您可与我们联络或在网路上购买

1. https://www.digikey.com/en/products/detail/semtech-corporation/LR1110DVK1TCKS/12509678
2. https://www.digikey.com/en/products/detail/semtech-corporation/LR1110DVK1TCKS/12509678

• 将其组装如下

• 至下面连结下载更新码

https://github.com/Lora-net/lr1110_updater_tool/wiki

          

• 使用鼠标将下载的程式码拖曳至STM开发板位置

• 如开发板上之LED闪烁的话代表正在烧录进去，等完毕后LCD面板会显示完成

 

二. 安装LoRa Basics Modem-E 展示控制程式至开发板

• 至下面连结下载更新程式

https://github.com/Lora-net/lr1110_evk_demo_app/wiki/Software-packages

• 如上一步骤使用鼠标将下载的程式码拖曳至STM开发板位置
• 如开发板上之LED闪烁的话代表正在烧录进去，等完毕后LCD面板会显示完成

 

三. STM32 Tracker 开发环境 

• 至Github lora_edge_tracker_ref_design/smtc_tracker_app/MDK-ARM/

   下载Keil专案lr1110_modem_tracker_sdk.uvprojx

• 至下列网址下载并安装arm-none-eabi-gcc

https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads

• 载入uvprojx 并用指令 make -j
• 您可以在gcc/build 下看到bin 已经建立
• 将bin档烧录至MCU

四. STM32WB BLE 韧体安装

• 因安装BLE是位于STM32WBxx，为把重点放至LoRa Edge上故请参考上传的操作说明并请自行参照安装

 

如何将追踪器登录到Semtech LoRa Cloud
一. 注册Semtech LoRa Cloud 帐户

二. 于Semtech LoRa Cloud 注册Application Owner

三. 于Semtech 开发工具上读取 Chip EUI 及 Password


四. 于Semtech LoRa Cloud 注册 Device Join

如何将追踪器登录到Semtech Network Server

一. 建立Device Profile

二. 建立Application


三. 在Application 下注册Device

 

 

 

 

如何将Semtech Network Server 结合到 LoRa Cloud

一.  先确认Gateway 是否与Semtech Network Server取得联系

二.  在Application下选择Integration

三.  设定Semtech Network Server 与 LoRa Cloud 的连结

功能测试及成果展示

一. 测试架构 ~ 此处我们是用Semtech的网路服务器来负责网关与节点的沟通，再使用Semtech Geolocation cloud 来计算出位置后将其位置使用ThingsBoard应用服务器来展现出位置。此展示可以展现出追踪器之定位功能及整个网路的通讯之间的是否成功。


二. 成果展示 ~ 由下图可以看到当追踪器开始工作后将资料送至Semtech的网路服务器，并在ThingsBoard上显示即时座标及历史定位纪录，固可证明追踪器确实扫描到GNSS及Wifi资料并经闸道器至位置服务器上解出座标后送至应用服务器展现出座标。


三. 后续应用 ~使用者可以于Network Server 内建之整合应用如下或是API将获得的座标资讯另行开发应用