如何将赛普拉斯PSoC 6 MCU接入LoRaWAN TTN

图1：物联网（loT）网络（来源：https://thethingsnetwork.org）

关于LoRa

LoRa是一种相对较新的用于远距离低功耗的无线通信技术，主要应用于物联网（IoT）领域。有关详细信息，请访问其专利持有者——Semtech公司（http://www.semtech.com）和LoRa联盟社区（http://lora-alliance.org）。

基于LoRa技术的LoRaWAN，可在全球各地布局物联网（IoT）网络（见图1）。IBM提供免费的堆栈（LMiC），网址为：https://github.com/mcci-catena/ibm-lmic/releases。TTN提供一个开源网络，网址为：https://thethingsnetwork.org。

小编今天介绍的项目就是如何将采用LoRaWAN LMiC堆栈的PSoC 6 MCU设备连接到TTN。

本文转自Hackster.io网站（点击文章末尾的“阅读原文”访问该网站相关页面），由小编编译，欢迎拍砖。

项目简介

通过Dragino LoRa RFM95W，将采用LMiC堆栈的Cypress PSoC 6 MCU设备连接到LoRaWAN TTN平台。

准备材料

硬件:      

• Cypress PSoC 6 (CY8CKIT-062-BLE) ×1   

• SeeedStudio Dragino LoRa Shield     ×1              

软件应用程序和在线工具：

• Cypress PSoC Creator 

  (https://www.hackster.io/cypress/products/psoc-creator)

构建系统

One Thing（设备）是由一个PSoC 6 MCU先锋套件（CY8CKIT-062-BLE）和一个配备有LoRa射频模块（RFM95W/RF96 = SX1276）的Arduino 扩展板组成。图1展示了整个硬件配置。在PSoC Creator中导入一个现成的项目，硬件抽象层（HAL）已经过调整适用于PSoC 6 MCU，并导入了IBM LMiC v1.6的LoRaWAN堆栈。

图2：基于PSoC 6 MCU的TTN设备和TTN网关

所需硬件：

• PSoC 6 CY8CKIT-062-BLE先锋套件  ×1

• Dragino LoRa 扩展板（含RFM95W射频模块）×1

• 选配：LoRa网关，例如：LG01   ×1
  

Dragino LoRa扩展板具有完整的相关文档，以及专门的网页（维基网页），所有项目细节均已列出在相关页面：http://wiki.dragino.com/index.php。

在PSoC 6 MCU先锋套件中使用该扩展板，需满足以下跳线设置：

CY8CKIT-062和Dragino LoRa的跳线设置图解

（图片来源：http://wiki.dragino.com）

该扩展板采用了一个HopeRF生产的基于Semtech SX1276的RFM95W射频模块。请务必安装天线，然后小心地将Dragino LoRa扩展板安装在PSoC 6 MCU先锋套件上，如图3所示。

图3：安装有Dragino LoRa扩展板和RFM95W射频模块的CY8CKIT-062-BLE

网关

为确保接入TheThingsNetwork，必需要保证LoRa网关可访问。

你可以通过TTN网站 https://www.thethingsnetwork.org/，查询附近是否存在TTN LoRa网关。此次案例演示，因为我们没有TTN LoRa网关，所以决定买一个便宜的单通道网关（图4），然后通过搭建我们自己的网关节点连接到TTN。 

图4-图片来源：

http://www.dragino.com/products/lora/item/119-lg01-s.html

LG01-S是一个单通道开源LoRa网关，它可以通过WiFi、以太网、3G/4G蜂窝网络将LoRa无线网络和一个IP网络连接起来。

详情请查阅：http://www.dragino.com/products/lora/item/119-lg01-s.html

请注意：单通道网关（如LG01）有一定的局限性。它只由一个通道并且以一种速度接收和传输数据，且不具备下行链路的功能，所以无法用于需要将信息发送回设备的场合。此外，并非所有的网络都可以允许使用单通道网关，目前TTN是可以的。所以，作为既经济又快捷的解决方案，我们决定这次使用它来进行首个LoRaWAN测试。

获取更多关于如何配置LG01以适用于TTN的详细信息，请访问Dragino网站 http://wiki.dragino.com/index.php?title=Connect_to_TTN。

软件

整个软件项目已添加到本项目的文档中。然而，所用的堆栈可能还会有更新的版本。以下列出一些已使用过的编译：

• PSoC Creator v4.2 (www.cypress.com)

• IBM LMiC堆栈 v1.6 (https://github.com/mcci-catena/ibm-lmic/releases

• 进入如下链接，获取所导入的基于Arduino的项目主程序：

  https://github.com/dragino/Arduino-Profile-Examples/blob/master/libraries/Dragino/examples/LoRa/LoRaWAN/Arduino_LMIC/Arduino_LMIC.ino

注意：要在PSoC Creator内完成全局定义：

• See Project -> Build Settings... -> Compiler -> CM4 -> Preprocessor Definitions:

• CFG_lmic_clib; CFG_eu868; CFG_DEBUG; CFG_sx1276_radio
  

附件的项目仍然有22条警示需要继续解决，包括未用到的变量，符号问题等，但这并不影响常规测试。 

测试

由于没有公共的TTN网关，我们基于Dragino LG01-S建立了自己的单通道网关。该网关已在TheThingsNetwork 注册，且无论何时连接至网络均可以在地图上显示（图5/6）。

图 5：TTN网络地图显示的赛普拉斯网关

图 6：赛普拉斯LoRa网关详细信息

在网络控制台内，用户可增加自己的设备、随时监控该设备与TTN的连接，以及观察所接收到的数据包（上行链路）。

图7显示赛普拉斯网关处于在线连接状态，并且显示上一次在线时间仅为一分钟前。已接收信息超过200条。

图8显示了通过我们的PSoC 6设备（注册为“psoc6lora”），一个数据包已经被上传至TheThingsNetwork。并且，有效负载（PSoC6LoRa）是通过我们自己的网关接收获得，此外，还展示了更多细节方面的信息，如频率和扩展因子。

图7：赛普拉斯网关在线信息

图8：PSoC 6 LoRa设备信息

经过初步测试得出，通过LoRa通信可以顺利地连接我们自己的网关，距离为大约10厘米（参见图9）。荷兰作为领先的运行LoRa网络的国家，我们在进行客户访问期间进一步完成了一些其他的测试。 在距离酒店大约6.7公里的距离上，我们连接到另一个网关，如图9所示。该网关的详细信息见图10。

 图9：在酒店和一个外部网关之间建立起PSoC MCU LoRa通讯连接

图10：网关所接收到的来自酒店的PSoC 6数据包详情

客户访问回来的途中，开车穿过荷兰的时候，PSoC 6 MCU LoRa设备在车内运行，可以连接到了A12高速公路旁边的几个网关。

图11：连接至A12高速公路上的网关

总结

集成LoRaWAN软件堆栈的PSoC 6 MCU已经成功进驻TheThingNetwork。

这个项目应该被视为一个非常基本的概念验证，主要对运行在PSoC 6 MCU上面的LMiC堆栈进行验证。

目前，我们并未涉及LoRa的所有方面，尤其是距离范围或低功耗考量。这些研究毋庸置疑将是下一步要完成的。

在荷兰已经完成了一些快速测试，连接距离可以达到7公里左右的外部网关。

由于内部仅有一个单通道网关可用，如调频或者下行链路等其他功能尚有待评估。但作为LMiC所提供的主要部分，预计可以正常运行。

该项目所需的完整的软件项目已附在此备忘录内。

下一步计划要做的是在低功耗运行方面的研究……敬请期待！

代码

PSoC Creator Project (PSoC6_RFM95_LoRaWAN_IBM_LMiCv16)C/C++

下载

https://halckemy.s3.amazonaws.com/uploads/attachments/396339/PSoC6_RFM95_LoRaWAN_IBM_LMiCv16.cyprj.zip

该PSoC Creator项目运行LMiC LoRaWAN堆栈。