来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测

epeppanda

发布于 2021-2-21 09:36

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LoRa的优势在于低功耗和远距离，理论上来说，相比于BLE和WiFi更具优势。不过在可穿戴领域，依旧是BLE一枝独秀；而WiFi则一直独霸着局域网无线通信领域。相对来说，LoRa在工业应用方面正逐渐显露自己独特的优势。市面上LoRa产品不少，大多以模块的方式提供给用户，借助三方MCU来实现自己的远程通信功能。

LoRa的优势在于低功耗和远距离，理论上来说，相比于BLE和WiFi更具优势。不过在可穿戴领域，依旧是BLE一枝独秀;而WiFi则一直独霸着局域网无线通信领域。相对来说，LoRa在工业应用方面正逐渐显露自己独特的优势。市面上LoRa产品不少，大多以模块的方式提供给用户，借助三方MCU来实现自己的远程通信功能。

MKR WAN 1300是一款功能强大的主板，结合了MKR Zero和LoRa连接的功能。对于希望设计物联网项目的制造商而言，它是理想的解决方案，而且在具有低功耗方面具备自己独特的优势，使用Arduino来开发和测试，也减少了对专业人员的技术需求。

MKR1300使用两节1.5V AA/AAA电池或外部5V为电路板供电，从一个源切换到另一个源是自动完成的。良好的32位计算能力，类似于MKR ZERO板，丰富的GPIO接口，低功耗LoRa通信以及用于代码开发和编程的Arduino软件的易用性等特性，使得该主板成为紧凑外形的新兴物联网电池供电项目的首选。另外 USB端口可用于为电路板供电，ArduinoMKR WAN 1300能够在连接或不连接电池的情况下运行，具备很低的功耗。来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测-鸿蒙开发者社区

虽然说包装好坏不影响产品使用体验，不过有了极富科技感的外包装，格调还是要高一点的。来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测-鸿蒙开发者社区

包装盒背面有个laser标签，从不同的角度看，可以看到很漂亮的Arduino logo，赞! 来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测-鸿蒙开发者社区

开发板上两个主要器件：一个是Atmel SAMD21，另一个是Murata CMWX1ZZABZ LoRa模块。前者让我们体验Arduino，后者让我们体验LoRa，二者合起来，就是MKR1300的极致方便和简单易用了。来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测-鸿蒙开发者社区

Arduino Zero兼容引脚使用过孔排针来引出，正反两面都可以连接外设，同时也非常方便和其它扩展板来进行连接以扩展功能。

ATSAMD21G18是一款低功耗，高性能的基于ARM®Cortex®-M0 +的闪存微控制器，是各种家庭自动化，消费，计量和工业应用的理想选择。

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它的特点主要包括：

• 256KB闪存和32KB SRAM

• 工作频率高达48MHz

• 六个串行通信模块(SERCOM)可配置为UART / USART，SPI或I2C，三个16位定时器/计数器，32位实时时钟和日历，20个PWM通道，一个14通道12位ADC，一个10位DAC

• 全速USB设备和嵌入式主机

• 支持多达120个触摸通道

• 1.62V至3.63V电源

• 易于将引脚迁移到SAMD21G和SAMD21J器件

• 由Atmel Studio，ASF和SAM D21 Xplained Pro套件提供支持

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CMWX1ZZABZ是一种新型，紧凑，低成本，低功耗的广域网(LPWAN)无线模块，支持LoRaWAN远程无线协议。这款新型独立模块尺寸仅为12.5 x 11.6 x 1.76 mm，采用金属屏蔽封装，包括Semtech SX1276超远程扩频无线收发器和STMicro STM32L0系列ARM Cortex-M0 + 32位微控制器(MCU)。集成的TCXO具有强大的低漂移热特性，可为RF收发器提供精确的时钟源。可以通过UART，SPI或I2C外设接口实现与模块的通信。ADC和多达18个GPIO为连接传感器，开关和状态LED提供了充分的灵活性，该模块由2.2至3.6 VDC电源供电。Murata CMWX1ZZABZ模块具有预认证的无线电监管认证，适用于世界上大多数地理区域的868和915 MHz工业，科学和医疗(ISM)频谱。

正常输出功率为+14 dBm，但可以选择PA增强功能，以便在远距离应用或终端设备位于室内信号较差的位置时将RF输出增加至+ 20dBm。MCU包括192 kB闪存和20 kB RAM，并具有足够的内存来嵌入客户应用程序和托管其他调制堆栈。此外，可选的STSAFE安全元件可以集成到MCU中，以增强网络安全功能。

该模块的典型应用包括智能计量，可穿戴设备，跟踪，M2M和物联网(IoT)边缘节点。该模块可适应各种温度，工作温度范围为-40至+ 85°C。

MKR1300支持使用Arduino来进行开发，使用之前先要添加硬件平台的支持，在Arduino的开发板管理器里添加MKR1300支持来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测-鸿蒙开发者社区

安装过程中也会添加对该板的驱动支持。

除了添加硬件平台外，还要添加MKRWAN库，该库封装了LoRa的底层驱动支持，在Arduino里直接调用相关的API就可以实现通信功能，无需关心LoRa的具体细节，只需要指定通信参数即可。来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测-鸿蒙开发者社区

这样开发环境就准备得差不多了。

不过要使用LoRa来通信，我们一般还需要一个LoRa网关，如果所在地区已有LoRa网关覆盖，就可以跳过这一步，如果没有，自己准备一个吧!这里使用的是Pilot RK831网关来实现信号的转发。来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测-鸿蒙开发者社区

一个典型的LoRa通信网络如下

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通信包括结点、网关及网络服务器(含应用程序)，这里使用TTN(The Thingsnetwork)来做为服务器，首先得在TTN上建立一个应用程序，以配合网关来处理数据。

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这里是专门为了本次测试而建立的一个应用程序，应用程序一般包括APP EUI及APP KEY两个要素，用来区别不同的应用程序。

建立好应用程序之后，要为该应用程序绑定一个或多个设备，也就是将MKR1300和应用程序对应起来，方便接收及处理数据。

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图中可以看到，注册设备时一般要提供设备的EUI信息，EUI可以理解为网络设备中的MAC地址，在设备出厂时就已固化在设备内部，每个设备的Device EUI都是不同的。

如何获取设备的EUI呢，一般情况下，例如网卡及WiFi设备都会使用不干胶贴纸写出并贴在设备上。而对于MKR1300来说，要获取设备的EUI，需要运行配套程序提供的代码，通过Arduino的串口监视器来获取，如下来自Arduino的小巧的LoRa开发板——MKR WAN 1300开发板评测-鸿蒙开发者社区

这里看到的Your device EUI is: a8610xxx就是设备的EUI。

支持库里的FirstConfiguration程序还可以用来测试与TTN的连接情况，不过需要指定几个参数：激活方式，使用OTTA还是使用ABP;应用程序EUI，区分不同的应用程序;APP KEY，该值类似一些REST API中的授权机制，以免数据被滥用。

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这是指定连接(激活)方式后再指定APP EUI及APP KEY后连接成功的情况。

配套的库文件还提供了一个发送及接收数据的示例LoRaSendAndReceive.ino文件，演示了如何通过LoRa来发送及接收数据的例子，关键代码如下

LoRaModem modem;

...

int err;

modem.beginPacket();

modem.print(msg);

err = modem.endPacket(true);

if (err > 0) {

Serial.println("Message sent correctly!");

} else {

Serial.println("Error sending message :(");

Serial.println("(you may send a limited amount of messages per minute, depending on the signal strength");

Serial.println("it may vary from 1 message every couple of seconds to 1 message every minute)");

}

delay(1000);

if (!modem.available()) {

Serial.println("No downlink message received at this time.");

return;

}

String rcv;

rcv.reserve(64);

while (modem.available()) {

rcv += (char)modem.read();

}

Serial.print("Received: " + rcv + " - ");

for (unsigned int i = 0; i < rcv.length(); i++) {

Serial.print(rcv[i] >> 4, HEX);

Serial.print(rcv[i] & 0xF, HEX);

Serial.print(" ");

}

通过modem.print()来发送数据，通过modem.read()来读取数据。

其实我们都知道，LoRa通信中一般需要指定具体的能数，如使用868MHz还是使用915MHz来进行通信，另外还有SF、CR等参数的设置，这些都可以通过moderm实例来进行设置。

另外还要提一下的是还需要在代码中指定APP EUI及APP KEY两个值，否则通信是不会成功的。

将修改后的代码编译并上传到MKR1300开发板，找开串口监视器

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