Bouw een LoRa Gateway met de RAK831 Module op Raspberry Pi 3 – Stap-voor-Stap Gids

Deze gids begeleidt je door elke stap om een RAK831 LoRa Gateway module op een Raspberry Pi 3 te activeren met Wi-Fi als backhaul.

Inleiding

Ontworpen voor ontwikkelaars die een aangepaste LoRa gateway willen bouwen, veronderstelt deze tutorial basiskennis van het Raspberry Pi ecosysteem, de GPIO-pinnen en het Debian-gebaseerde OS. Laten we beginnen.

Wat is LoRa?

LoRa Alliance™ technologie stuurt LoRaWAN™ – een Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) specificatie die batterij-aangedreven IoT-apparaten ondersteunt op regionale, nationale of wereldwijde schaal. LoRaWAN levert beveiligde, tweerichtings communicatie, mobiliteit en locatieservices die voldoen aan de kernvereisten van moderne IoT-implementaties.

Belangrijkste Kenmerken van LoRa Technologie en het LoRaWAN Protocol

• Geolocatie: GPS-vrije, laag-energie tracking voor mobiele assets.
• Lage Kosten: Vermindert infrastructuur, operationele kosten en sensorprijzen.
• Gestandaardiseerd: Wereldwijde interoperabiliteit versnelt adoptie.
• Laag Vermogen: Ontworpen voor batterijen die tot 20 jaar meegaan.
• Lange Afstand: Een enkele basestation kan landelijke gebieden tot 30 mijl bereiken en dichte stedelijke en binnenomgevingen penetreren.
• Beveiligd: Ingebouwde AES-128 end-to-end encryptie.
• Hoge Capaciteit: Ondersteunt miljoenen berichten per basestation, ideaal voor publieke netwerkoperators.

De RAK 831 is een LoRa radio front-end. Het ontvangt binnenkomende LoRa-pakketten en stuurt deze door aan een host-systeem – zoals een Raspberry Pi 3 – dat de RAK 831 ook kan instrueren om te zenden. In deze tutorial is de Pi de hostboard die de RAK 831 controleert.

De Backhaul Kiezen

Backhaul verwijst naar de internetverbinding die je Raspberry Pi verbindt met het bredere netwerk. Deze gids richt zich op Wi-Fi, maar Ethernet of 3G/4G zijn haalbare alternatieven. Als een Ethernet-poort beschikbaar is, is dit te verkiezen omdat het het additionele radiosignaal binnen de behuizing elimineert dat ruis kan introduceren. In ruisvolle omgevingen kan de software compenseren, maar een schonere verbinding verbetert altijd de betrouwbaarheid. Voor Wi-Fi, gebruik een dongle met externe antenne en plaats de antenne buiten de behuizing.

Hardware Instellen

Voordat je een apparaat aanzet, configureer de Raspberry Pi en de RAK 831 als volgt:

Raspberry Pi

1. Verkrijg een Raspberry Pi 3 en flash een 8 GB microSD-kaart met Raspberry Pi OS (voorheen Raspbian). Voorgeprogrammeerde "Noobs" kaarten zijn beschikbaar, of volg deze gids om de OS te flashen.
2. Sluit een 5 V, 2 A voeding aan. De RAK 831 kan tot 700 mA trekken tijdens piekzending, dus een robuuste voeding is essentieel.

RAK 831

1. Bevestig de antenne die bij de kit geleverd wordt aan de schroefklem – deze stap is verplicht.

Verbindingsdetails

De volgende tabel toont hoe de RAK 831 met de Raspberry Pi 3 te verbinden. Voor de Pi's pinout, zie deze documentatie.

Opmerkingen

• De reset-pin kan aan elke beschikbare GPIO gekoppeld worden.
• Controleer de voedingspinnen om schade aan de RAK 831 te voorkomen.

SPI Inschakelen

De SPI-interface is standaard uitgeschakeld. Schakel het in via:

1. Voer sudo raspi-config uit.
2. Navigeer naar Advanced Options → SPI en selecteer Yes wanneer gevraagd om SPI in te schakelen en de kernelmodule te laden.
3. Afsluiten en herstarten.

Na herstart, verifieer de interface:

> ls /dev/*spi* /dev/spidev0.0 /dev/spidev0.1

Dit zijn de SPI-apparaten voor chip enable pinnen 0 en 1.

Voedingsopties

Omdat draadloze modules vaak meer stroom trekken dan de Pi's voedingspinnen kunnen leveren, heb je twee opties:

• Gebruik de 5 V rail van de Pi om beide apparaten te voeden.
• Voorzie aparte 5 V rails voor de Pi en de RAK 831.

Software Installatie

Op de Raspberry Pi, voer de volgende stappen uit:

• Schakel SPI in (zoals beschreven) en vergroot het bestandssysteem (Advanced options → Expand filesystem).
• Update het systeem en installeer git:

sudo apt-get update sudo apt-get upgrade sudo apt-get install git

• Configureer Wi-Fi door /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf te bewerken:

network={ ssid="De_SSID_van_je_wifi" psk="Je_wifi_wachtwoord" }

• Kloon de installer en voer uit met de spi branch:

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

• Tijdens installatie, schakel remote configuratie in indien gewenst. Het script toont de gateway EUI – noteer deze voor latere stappen.

Als je voor remote configuratie kiest, maak een JSON-bestand genaamd naar je gateway EUI (bijv. B827EBFFFE7B80CD.json) in de gateway-remote-config repository. Fork de repo, voeg je bestand toe, commit, en dien een pull request in. Een voorbeeldconfiguratie:

{ "gateway_conf": { "gateway_ID": "jouw_gateway_EUI_hier", "servers": [ { "server_address": "jouw_router_adres_hier", "serv_port_up": 1700, "serv_port_down": 1700, "serv_enabled": true } ], "ref_latitude": jouw_breedtegraad, "ref_longitude": jouw_lengtegraad, "ref_altitude": 40, "contact_email": "jouw_email@voorbeeld.com", "description": "korte beschrijving" } }

Voor een lijst met geldige serveradressen, zie The Things Network wiki.

Standaard verandert de installer de hostname van de Pi naar ttn-gateway om botsingen te voorkomen. Je kunt dit overschrijven met een eigen naam. Na installatie, herstart de gateway de volgende dag om ervoor te zorgen dat het JSON-bestand correct wordt gedownload.

Pas global_config.json aan naar behoefte. Voor VS-gebaseerde implementaties, bewerk het bestand op US-global_conf.json. Als je de mp_pkt_fwd forwarder prefereert, volg de instructies op deze repository en kopieer de bijgewerkte global_conf.json naar de bin map na compilatie.

Configureerbare Entiteiten in global_conf.json

Na installatie bevat het bestand ./bin/global_conf.json verschillende secties die je misschien wilt aanpassen:

1. Radio-instellingen (radio_0 of radio_1) – pas de Frequency en min/max sweep parameters aan.
2. Gateway-identiteit – update gateway_ID of de gateway EUI.
3. Serverpoorten – wijzig serv_port_up en serv_port_down naast je serveradres.

Met deze stappen voltooid, zou je RAK 831 LoRa Gateway volledig operationeel moeten zijn, klaar om data te zenden en ontvangen via je gekozen backhaul.