Lora轉(zhuǎn)4G Cat1網(wǎng)關(guān)軟硬件設計開源資料分享（MQTT協(xié)議版本）

一、lora轉(zhuǎn)4G網(wǎng)關(guān)方案簡介：

lora轉(zhuǎn)4G網(wǎng)關(guān)解決了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中長距離的要求，被廣泛運用到各種各樣行業(yè)之中，通信網(wǎng)絡成本費極低，另外適用窄帶傳輸數(shù)據(jù)，安全系數(shù)高。應用的地方也是非常的廣泛，例如企業(yè)、大型工廠、智慧農(nóng)業(yè)、遠程抄表、智慧井蓋、管廊、辦公樓、智能巡檢、智能家居、智慧燈桿、智慧供熱等等。

二、lora轉(zhuǎn)4G網(wǎng)關(guān)方案的硬件設計分享

1.硬件功能概述

奇跡的 AP6000E_AM430EV5 Lora 網(wǎng)關(guān) MQTT 版本，乃是奇跡 lora 網(wǎng)關(guān)系列中的一個版本。它支持 lora 轉(zhuǎn) 4G，支持 5×6 貼片卡/外置 SIM 卡/全網(wǎng)通卡，支持北斗/GPS 定位，支持卡基站定位，內(nèi)嵌看門狗，掉線能自動恢復。具備標準工業(yè) RS232/485 接口，能夠支持 6 - 20V 的寬電壓輸入。

Lora 網(wǎng)關(guān) MQTT版本為用戶供應標準固件以及對應的源碼，還有對應的 Lora 轉(zhuǎn) MQTT通訊、GNSS、AT 指令配置等功能的操作例程。

2.產(chǎn)品硬件定義

2.1 系統(tǒng)框圖：

2.2 HaaS框圖：

AM430EV5系列SOM板：

AM430EV5 SOM板4（5*6卡/GNSS）Haas框圖

AM430EV5 SOM板5（全網(wǎng)通卡/GNSS）Haas框圖

AM430EV5 SOM板6（插拔卡/GNSS）Haas框圖

lora SOM板：

REV1主板Haas框圖

2.3 SCH原理圖拆解分析：

AM430EV5系列SOM板SCH：

詳情請見飛書點擊此處。

Lora SOM板SCH：

詳情請見飛書點擊此處。

REV1主板SCH：

詳情請見飛書點擊此處。

三、lora轉(zhuǎn)4G網(wǎng)關(guān)方案的軟件設計分享

1.軟件功能概述

Lora網(wǎng)關(guān)是一款多功能 LoRa網(wǎng)關(guān)，支持主機輪詢和從機主動上報兩種軟件工作模式。

功能概述：

網(wǎng)絡通訊功能：為了實現(xiàn)遠程控制中心對終端測控單元的控制，首先應該具備聯(lián)網(wǎng)的能力，通過網(wǎng)絡將兩者連接起來。實現(xiàn)了網(wǎng)絡通訊，就要考慮網(wǎng)絡穩(wěn)定的問題，如果不穩(wěn)定，需要實現(xiàn)斷線重連等。服務器確定設備目前在線

參數(shù)配置功能：網(wǎng)絡通訊可以選擇TCP，MQTT等協(xié)議。連接TCP服務器，需要配置TCP服務器地址，端口號等參數(shù)；連接MQTT服務器需要配置鑒權(quán)信息，訂閱和發(fā)布的Topic等參數(shù)。此外，其它復雜功能，也會涉及到一些參數(shù)的配置。

網(wǎng)絡參數(shù)配置功能：上述功能實現(xiàn)后，可以考慮后期維護過程中，當產(chǎn)品現(xiàn)場維護不方便，使用網(wǎng)絡對其進行配置的方式。配置的方式可以選擇多種形式，可以將上面的指令稍微修改，也可以另外寫一份協(xié)議。

心跳功能：當產(chǎn)品和遠程服務器建立連接后，服務器判斷設備是否在線，需要RTU定時發(fā)送一串數(shù)據(jù)給服務器，用通信來確認產(chǎn)品在線。

遠程控制功能：依托上述功能的實現(xiàn)，可以輕松地制定一些協(xié)議，遠程服務器通過下發(fā)對應的協(xié)議，進行配置等。

主動輪詢功能：主機按照配置的時間，逐一發(fā)送信息，詢問從機設備

從機主動上報功能：從機上電后，會主動和主機進行通信，獲取主機下發(fā)的上報設備，適用于低功耗場景。

2.軟件功能定義

2.1 軟件實現(xiàn)功能：

AT指令配置設備運行參數(shù)，包括：服務器連接IP、端口號；心跳包開啟/關(guān)閉；心跳包內(nèi)容；注冊包模式；注冊包內(nèi)容。以及復位和查詢相關(guān)配置參數(shù)指令。

可隨時選擇進入、退出透傳模式

心跳保持功能，心跳間隔可配置

網(wǎng)絡重連功能

理論上可以發(fā)送無限長度數(shù)據(jù)包

波特率固定為115200，可以根據(jù)客戶需求定制

網(wǎng)絡AT指令和JSON協(xié)議配置功能，可以通過服務器下發(fā)遠程AT指令配置

支持遠程升級

支持主機輪詢和從機主動上報功能

2.2 軟件功能模塊分析：

按照上面的分析，開發(fā)的過程就是實現(xiàn)一個個組件，幾個組件完成一個模塊，幾個模塊完成一個項目的開發(fā)。

開發(fā)過程會從核心組件驗證，完整代碼詳解，調(diào)試三個章節(jié)來講，如何使用服務層API或應用層組件中的代碼實現(xiàn)組件和模塊，從而完成整個項目。

2.3 軟件流程圖：

3.基開發(fā)豆平臺開發(fā)分析

我們的目的是做一款MQTT通信的Lora網(wǎng)關(guān)，Lora網(wǎng)關(guān)應該具有的的功能，代碼可以分為：數(shù)據(jù)存儲模塊，AT指令模塊，切卡模塊，透傳模式切換模塊，MQTT模塊，心跳模塊，掉線重連模塊，主動上報模塊，主機輪詢模塊。

模塊是根據(jù)相似的功能，把對應的代碼放到同一個源文件中。每個功能算作一個組件，不同組件組合以來，構(gòu)成了模塊的主要功能。

數(shù)據(jù)存儲組件：包括文件創(chuàng)建，初始化，讀寫，關(guān)閉等。

AT指令組件：包括串口初始化，串口數(shù)據(jù)接收，發(fā)送，數(shù)據(jù)分析，AT指令解析

切卡組件：包括GPIO初始化，復位切卡

透傳模式切換組件：包括串口初始化，串口數(shù)據(jù)接收，發(fā)送，數(shù)據(jù)分析，切換模式

掉線重連組件：包括連接狀態(tài)檢測，掉線重連

MQTT組件：包括訂閱，發(fā)布Topic等

心跳組件：包括參數(shù)配置，定時發(fā)送

GNSS組件：包括參數(shù)配置，串口初始化，串口數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)分析，模式切換，定時上報

輪詢組件：包括參數(shù)配置，GPIO初始化，中斷檢測，模式切換，定時上報，中斷上報

從機主動上報組件：包括參數(shù)配置，ADC接口初始化，電流計算，定時上報

上述模塊功能大致是按照依賴順序來的，下面的模塊實現(xiàn)可能要基于上面的組件。

AT指令模塊

心跳模塊

MQTT網(wǎng)絡模塊

網(wǎng)絡AT模塊

主任務模塊

升級模塊

IO模塊

文件模塊

JSON協(xié)議模塊

Lora通信模塊

四、Lora轉(zhuǎn)4G網(wǎng)關(guān)方案成果展示

1.SCH的講解和Geber文件資料

詳情請見飛書奇跡物聯(lián)知識庫點擊此處

2.Datasheet

詳情請見飛書奇跡物聯(lián)知識庫點擊此處

3.AT指令手冊

詳情請見飛書奇跡物聯(lián)知識庫點擊此處

4.產(chǎn)品BOM

詳情請見飛書奇跡物聯(lián)知識庫點擊此處

5.固件下載鏈接

詳情請見飛書奇跡物聯(lián)知識庫點擊此處

五、如何了解更多l(xiāng)ora轉(zhuǎn)4G網(wǎng)關(guān)方案

本文章源自奇跡物聯(lián)開源的物聯(lián)網(wǎng)應用知識庫Cellular IoT Wiki，更多技術(shù)干貨歡迎關(guān)注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫

（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

歡迎同學們走進AmazIOT知識庫的世界！

這里是為物聯(lián)網(wǎng)人構(gòu)建的技術(shù)應用百科，以便幫助你更快更簡單的開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

Cellular IoT Wiki初心：

在我們長期投身于蜂窩物聯(lián)網(wǎng) ODM/OEM 解決方案的實踐過程中，一直被物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)碎片化與產(chǎn)業(yè)資源碎片化的問題所困擾。從產(chǎn)品定義、芯片選型，到軟硬件研發(fā)和測試，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的碎片化以及產(chǎn)業(yè)資源的碎片化，始終對團隊的產(chǎn)品開發(fā)交付質(zhì)量和效率形成制約。為了減少因物聯(lián)網(wǎng)碎片化而帶來的重復開發(fā)工作，我們著手對物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中高頻應用的技術(shù)知識進行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平臺的 RTOS 應用生態(tài)。后來我們發(fā)現(xiàn)，很多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)團隊都面臨著相似的困擾，于是，我們決定向全體物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)開發(fā)者開放奇跡物聯(lián)內(nèi)部沉淀的應用技術(shù)知識庫 Wiki，期望能為更多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)者減輕一些重復造輪子的負擔。

Cellular IoT Wiki沉淀的技術(shù)內(nèi)容方向如下：

奇跡物聯(lián)的業(yè)務服務范圍：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物聯(lián)網(wǎng)模組，為客戶物聯(lián)網(wǎng)ODM/OEM解決方案服務。我們的研發(fā)技術(shù)中心在石家莊，PCBA生產(chǎn)基地分布在深圳、石家莊、北京三個工廠，滿足不同區(qū)域&不同量產(chǎn)規(guī)模&不同產(chǎn)品開發(fā)階段的生產(chǎn)制造任務。跟傳統(tǒng)PCBA工廠最大的區(qū)別是我們只服務物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)客戶。

連接我們，和10000+物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者一起 降低技術(shù)和成本門檻

讓蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應用更簡單~~

哈哈你終于滑到最重要的模塊了，

千萬不！要！劃！走！忍住沖動！~

歡迎加入飛書“開源技術(shù)交流群”，隨時找到我們哦~

點擊鏈接如何加入奇跡物聯(lián)技術(shù)話題群（https://rckrv97mzx.feishu.cn/docx/Xskpd1cFQo7hu9x5EuicbsjTnTf）可以獲取加入技術(shù)話題群攻略

Hey 物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者，

你是否有了解過奇跡物聯(lián)的官方公眾號“eSIM物聯(lián)工場”呢？

這里是奇跡物聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)開源wiki主陣地，歡迎關(guān)注公眾號，不迷路～

及時獲得最新物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)沉淀發(fā)布

審核編輯 黃宇