树莓派 3 部署 RAK 831 LoRa 网关分步指南

本项目带您完成所有步骤，让 RAK 831 LoRa 网关模块配合 Wi-Fi 回程上线运行。

项目背景

简介

本分步指南面向想自建 LoRa 网关的开发者，使用 RAK Wireless 的 RAK831 LoRa 射频前端模块。假读者具备树莓派生态、硬件与 Debian OS 基础，并了解树莓派 GPIO 与外设。开始吧：

什么是 LoRa？

LoRa Alliance™ Technology. LoRaWAN™ 是面向区域、国家或全球网络的低功耗广域网 (LPWAN) 规范，服务于无线电池供电设备。LoRaWAN 针对物联网关键需求：安全双向通信、移动性与定位服务。

上图展示 LoRa 无线架构各部分。关键组件简述如下：

LoRa 技术与 LoRaWAN 协议关键特性

· 定位：实现无 GPS、低功耗追踪应用

· 低成本：基建投入、运营开销、终端传感器三方面降本

· 标准化：全球互操作性加速 LoRaWAN 网络与 IoT 应用落地

· 低功耗：协议专为低功耗设计，电池寿命可达 20 年

· 远距离：单基站深度覆盖密集城区/室内，连接农村最远 30 英里

· 安全：嵌入端到端 AES128 加密

· 高容量：单基站支撑百万级消息，适配公网运营商多客户场景

RAK 831 为 LoRa 射频前端；即接收 LoRa 数据包并转发至聚合管理软/硬件宿主，也可按宿主板请求发送 LoRa 数据包。本例中树莓派 3 为控制 RAK 831 前端的宿主板。

选择回程方式

什么是回程？指树莓派如何接入互联网。本指南聚焦 Wi-Fi 回程，也可用以太网或 3G/4G。若网关附近有有线网络，优先用以太网——机箱内额外无线电信号会引入噪声。软件能应对噪声环境，非大问题，但越安静越好。可结合 PoE 减少布线。

若选 Wi-Fi 而非以太网，请用外置天线网卡并将天线引出机箱外，减少箱内噪声。

硬件搭建

连接前先完成树莓派与 RAK 831 模块以下配置：

树莓派

1) 准备树莓派 3 板卡与 8GB microSD 卡刷好 Raspbian。可买预装 NOOBS 的卡。烧录 OS 方法见：https://www.raspberrypi.org/learning/hardware-guide/

2) 接 5V 2A 电源。**极其重要**。LoRa 模块无线收发峰值电流达 700mA，需优质电源适配器。

RAK 831：

1) 上电前务必连接套件附带天线至天线螺纹端子。**必须**。

连接详情：

下表展示 RAK831 模块与树莓派连接方式：

rpi v3 to rak 831 pin connection

RAK 831 丝印对应引脚映射。

rak 831 silk screen map to the rak 831 pins

树莓派引脚布局详见：https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/

注意：

• 复位引脚可接树莓派 3 任意 GPIO。

• 务必正确连接电源引脚，避免损坏 RAK 831 板卡。

启用 SPI

SPI 外设默认关闭。启用步骤：

• 运行 sudo raspi-config。

• 下箭头选 9 Advanced Options

• 下箭头至 A6 SPI。

• 询问启用 SPI 时选 yes，

• 询问自动加载内核模块也选 yes。

• 右箭头选 按钮。

• 询问重启选 yes。

重启后登录并执行：

>ls /dev/*spi*

树莓派应返回：

/dev/spidev0.0 /dev/spidev0.1

分别代表片选引脚 0 与 1 上的 SPI 设备。这些引脚在 Pi 内部硬连线。通常意味接口最多支持两个外设，但也可菊花链共享单片选信号。

为板卡供电

无线项目往往需比宿主板供电引脚更大功率。两种供电方案：

1) 从树莓派 5V 供电轨取电

2) 树莓派与 RAK831 5V 供电轨分离供电

软件安装

树莓派执行以下步骤安装核心软件：

• 启用 SPI：

用 raspi-config 启用 SPI ([5] Interfacing options -> P4 SPI) 并扩展文件系统 ([7] Advanced options -> A1 Expand filesystem)：

$ sudo raspi-config

• 确保 git 已装

Sudo apt-get update
Sudo apt-get upgrade
Sudo apt-get install git

• 管理树莓派 Wi-Fi 连接

• 配置 Wi-Fi 凭据 (详见此处)

$ sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

文件末尾添加以下块，替换 SSID 与密码匹配您的网络：

network={
ssid=“The_SSID_of_your_wifi”
psk=“Your_wifi_password”
}

• 克隆安装器并开始安装

$ git clone -b spi https://github.com/ttn-zh/ic880a-gateway.git ~/ic880a-gateway
$cd ~/ic880a-gateway
$ sudo ./install.sh spi

• 安装步骤会询问是否启用远程配置。输入 ‘y’ 或 ‘yes’ 继续。安装开始时控制台会显示网关 EUI，这对后续步骤至关重要。**记下来！**

• 若需远程配置，请确保在 Gateway Remote Config 仓库创建以网关 EUI 命名的 JSON 文件 (如 B827EBFFFE7B80CD.json)：https://github.com/ttn-zh/gateway-remote-config。Fork 仓库，添加正确配置的 .json 并提交 PR。合并后次日文件将出现在主仓库。示例 JSON 如下：

{
“gateway_conf”: {
“gateway_ID”: “install.sh 控制台输出的 id”，
“servers”: [
{
“server_address”: “目标路由器地址”，
“serv_port_up”: 1700,
“serv_port_down”: 1700,
“serv_enabled”: true
}
],
“ref_latitude”: rak 831 网关纬度，
“ref_longitude”: rak 831 网关经度，
“ref_altitude”: 40,
“contact_email”: “网关所有者联系邮箱”，
“description”: “简短描述”
}
}

注意：

有效路由器列表见：https://www.thethingsnetwork.org/wiki/Backend/Connect/Gateway

• 安装程序默认将树莓派主机名改为 ttn-gateway (避免网络中多 Pi 冲突)。非远程配置模式下可覆盖。

• 万岁！您的网关现应工作。次日重启网关以确保 JSON 文件正确下载至 RPi3。

• 需按以下调整 global_config.json：

https://github.com/TheThingsNetwork/gateway-conf/blob/master/US-global_conf.json

若想用 mp_pkt_fwd 替代旧版 poly packet forwarder，见此处安装：https://github.com/kersing/packet_forwarder/tree/master/mp_pkt_fwd。同样需编辑项目根目录 global_conf.json 关键段并复制至编译后 bin 目录。

global_conf.json 可配置项

安装脚本运行后，global_conf.json 位于项目目录下 ./bin/global_conf.json。以下为针对特定网关配置可能需编辑的实体：

1) “radio_0” 或 “radio_1” 配置，特别是频率参数及最小/最大扫频参数。

2) “gateway_conf” 部分，特别是网关 ID 或 EUI。

3) gateway_conf 中的服务器上下行端口及您的 TTN 服务器地址或自有应用服务器地址。

复位板卡

每次启动树莓派时，最好复位连接的 RAK831 LoRa 模块。两种方式：

• Shell 脚本：

编写小脚本在 LoRa 驱动访问硬件前复位 RAK831。假设树莓派 GPIO 17 (引脚 11) 连接 RAK831 复位引脚，脚本内容如下：

#!/bin/bash
echo “17” > /sys/class/gpio/export
echo “out” > /sys/class/gpio/gpio17/direction
echo “1” > /sys/class/gpio/gpio17/value
sleep 5
echo “0” > /sys/class/gpio/gpio17/value
sleep 1
echo “0” > /sys/class/gpio/gpio17/value

存为 “rak831_reset.sh”。每次开机后必须调用一次以使聚焦器 IC 进入干净状态。

• WiringPi 方式：

宿主为树莓派时可写 C 小工具复位 RAK831。用 “wiringPi” 库处理 GPIO 底层细节。库下载地址：https://wiringpi.com。请参考该站安装与使用说明。RAK831_reset.c 内容示例：

#include
#include
#define GPIO_RESET_PIN 0 // 见 wiringPi 映射!
int main() {
wiringPiSetup();
pinMode(GPIO_RESET_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(GPIO_RESET_PIN, HIGH);
sleep(5);
digitalWrite(GPIO_RESET_PIN, LOW);
return;
}

每次开机后调用一次此工具使聚焦器 IC 进入干净状态。

gcc -Wall -o blink blink.c -lwiringPi
sudo ./blink

向 TTN 网络注册网关

要让节点数据上云，TheThingsNetwork 提供云服务解析存储 LoRa 节点经 LoRa 网关发送的数据

Read More Detail :Getting started with the RAK 831 Lora Gateway and RPi3