使用LORAWAN将ATSAMR34 Xplained PRO套件连接到The Things Network网站

风筝

本篇文章将指导您如何将Microchip ATSAMR34 Xplained Pro评估套件连接到The Things Network。

获取Microchip ATSAMR34 Xplained Pro评估套件

ATSAMR34 Xplained Pro评估套件是用于评估ATSAMR34低功耗LoRa Sub-GHz SiP的硬件平台。 它支持Atmel Studio 7.0 IDE，自3.44.0发布以来，Advanced Software Framework（ASFv3）提供了一组示例代码。

Xplained Pro MCU系列评估套件包括一个板载嵌入式调试器（EDBG），无需外部工具即可对ATSAMR34进行编程或调试。

该套件提供了一系列功能，使您可以立即开始使用ATSAMR34低功耗LoRa Sub-GHz SiP外设，并了解如何将器件集成到您自己的设计中。

有关该套件的详细信息，请访问：https://www.microchip.com/Develo ... uctDetails/dm320111

ATSAMR34 Xplained Pro套件包含以下项目：

●    ATSAMR34 Xplained Pro评估套件

●    一个外置天线

收集Device EUI唯一标识符

LoRaWAN设备具有由芯片制造商分配给设备的64位唯一标识符（DevEUI）。 处理空中激活（OTAA）到LoRaWAN网络需要此DevEUI密钥。

Microchip ATSAMR34 Xplained Pro评估套件随附板载DevEUI。 这种独特的钥匙存放在EDBG芯片中，并印在贴在电路板背面的贴纸上。

翻转电路板并收集MAC值，稍后在TTN控制台中配置ATSAMR34 Xplained Pro套件时将使用该值。

注意：在软件方面，Microchip LoRaWAN协议栈使您可以灵活地使用Microchip闪存的DevEUI密钥或使用您自己的DevEUI密钥。

注册TTN帐户和应用程序

在本节，您将熟悉The Things Network界面。首先，您将创建自己的帐户。然后，您将创建一个独特的应用程序并添加新设备，以便您连接ATSAMR34 Xplained Pro评估套件。

第1步.  创建TTN帐户

1.    转到https://account.thethingsnetwork.org/users/login

2.    点击“创建一个帐户”

3.    输入唯一的“USERNAME”。您将无法在之后进行更改，并且在TTN中必须是唯一的。

4.    输入您的电子邮件地址和密码。

5.    点击“创建帐户”。

6.    您将收到一封确认帐户的电子邮件。您无需立即激活帐户。它可以在没有激活的情况下使用1周。

7.    验证/更新帐户信息。登录后，点击右上角的“帐户”，根据需要修改您的信息。

第2步.    创建LoRaWAN应用程序

1.    单击“控制台”链接。

2.    单击“APPLICATIONS”图标。

3.    点击“添加一个开始！”链接。

       表单将显示添加应用程序。

4.    填写“应用程序ID”和“说明”框。

      注意：对于应用程序ID，标识符必须与The Things网络唯一。如果你选择像“myfirstapp”这样的名字，那么大多数人肯定会选择相同的名字，但它会失败。

5.    对于“手柄注册”，请根据您的位置选择合适的手柄。    （例如：ttn-handler-eu，如果你在欧洲）。

6.    然后，单击“添加应用程序”。

7.    现在，您应该看到应用程序的摘要页面。

请注意以下事项：

应用程序ID，通过MQTT数据API访问数据的应用程序使用的唯一标识符。

应用程序EUI（AppEUI）需要在加入网络之前嵌入到ATSAMR34节点中。

访问密钥：通过MQTT数据API访问数据的应用程序也需要访问密钥。

第3步.  注册LoRaWAN设备

1.    单击摘要页面上的“注册设备”链接，添加您的ATSAMR34 Xplained Pro设备。

       应出现“注册设备”表单。

2.    输入设备ID和设备EUI框的信息。

      对于设备ID，输入唯一可读的名称。此名称在您的应用程序中必须是唯一的。

      对于Device EUI，输入从ATSAMR34 Xplained Pro评估套件的标签记录的8字节DevEUI。

      对于App Key，让TTN生成此密钥。

3.   点击“注册”。

      您应该看到状态为“从未见过”的信息框。稍后您将激活该设备。

第4步.    收集OTAA凭证

您现在拥有嵌入节点所需的所有密钥，并能够在TTN上进行通信。

从集成在ATSAMR34 Xplained Pro评估套件中的EDBG芯片中，您就拥有了DevEUI。

从TTN帐户，您已获得AppEUI和AppKey。

注意：此外，您拥有凭证，应用程序ID和访问密钥，您可以嵌入应用程序（如Node-RED）以通过TTN MQTT数据接口访问设备数据。

以C样式/ msb格式记录AppEUI和AppKey。稍后，您需要将这些数据粘贴到ATSAMR34终端设备演示应用程序中。

在TTN上注册网关

以下操作说明将帮助您将自己的网关注册到TTN。

为此，我们专注于The Things Gateway（https://www.thethingsnetwork.org/docs/gateways/gateway/）。

您还可以参考视频说明“如何：在5分钟内激活物联网网关”（https://youtu.be/cJNK4y1is2Q?t=45s）。

1.    要激活您的网关，转到https://activate.thethingsnetwork.org/login。

2.    确保您已登录，然后单击“让我们开始！”。

      这时将出现一个表单来注册您的网关。

3.    首先在“网关ID”字段中输入网关的唯一标识符。

4.    从下拉菜单中选择适当的频率规划。这基于网关运行的区域。

5.    保持选中“自动更新网关”框以启用进一步更新。

6.    单击“注册网关”。

7。  然后，为了增强功能，您将连接到网关的WiFi接入点。

       在PC上，选择名为“Things Gateway - xxx”的WiFi接入点并连接到该接入点。

8.    连接到网关的WiFi后，“Continue”按钮将变为蓝色，您可以单击它以进入下一步。

9.     然后，您必须选择希望网关连接到Internet的方式。

       如果您选择WiFi，请在字段中输入网络的SSID、安全模式和密码，然后单击“Configure Gateway”。

10.   这会将设置发送到网关，在接下来的几分钟内，您将看到具有网关状态的页面。需要30秒到2分钟才能完成配置设置。

       激活页面将指示网关上的LED指示灯指示的内容。

11.    您的浏览器将刷新页面以切换回您的WiFi配置，如果一切正常，您将看到通过您的网关发送的第一条消息。

12.    配置网关后，您可以通过控制台管理其余设置，并添加其他详细信息，如位置、海拔高度等。建议您通过管理无线网络从PC中删除网关的SSID。它将确保您的PC不会再次尝试连接到网关。

13.    这样您应该可以在“Gateway Overview”页面中看到网关。

注意：访问https://www.thethingsnetwork.org/map以在地图上查看您注册的网关。

风筝

软件安装

以下是本篇文章使用的软件列表。

Atmel Studio 7.0

1.    下载并安装Atmel Studio 7.0 IDE。下载地址：https://www.microchip.com/mplab/avr-support/atmel-studio-7

2.    打开Atmel Studio 7.0 IDE。

3.    然后，您需要安装高级软件框架（ASFv3）作为Atmel Studio的扩展。

      在菜单中，转到Tools -> Extensions and Updates ...，然后安装高级软件框架（> = 3.44.0）。

4.    安装完成后，必须重新启动Atmel Studio。

注意：ASFv3是一个MCU软件库，为AVR和SAM闪存MCU和无线设备提供大量嵌入式软件。 ASFv3由Atmel Studio 7.0中的ASF向导配置（作为Studio的扩展安装）。 ASFv3也可作为独立（.zip）提供，其内容与Studio扩展（https://www.microchip.com/mplab/ ... -software-framework）相同。

重要信息：

在下一个Atmel Studio IDE版本发布之前，您必须手动安装Device Part Pack，以便在Atmel Studio 7.0 IDE上使用SAMR34 / R35进行开发。（Atmel Studio的IDE版本之间发布的所有产品都应由用户手动添加以开发应用程序）。

●    转到Tools -> Device Pack Manager

●    检查更新

●    搜索SAMR34并单击“安装”

●    对SAMR35重复相同的操作

●    重新启动Atmel Studio 7.0 IDE

Tera Term

从以下网址下载并安装串行终端程序：https://osdn.net/projects/ttssh2/releases/

硬件安装

为了实现连接，您需要在您的网关范围内。 如果您没有网关，请查看世界地图（https://www.thethingsnetwork.org/map）以查看您的本地社区是否在您所在的位置部署了网关。

要准备与ATSAMR34 Xplained Pro板的交互，请按照以下步骤操作：

1.    插上天线并始终确保天线已插入电路板，然后再接通电源。

2.    通过micro-USB线将电路板连接到PC。

       USB电缆必须连接到ATSAMR34套件的EDBG USB接口。

3.    等待USB驱动程序安装和COM端口安装。

       USB端口为电路板供电，使用户可以使用该套件进行通信。

4.    启动Tera Term程序并配置安装的串口：115200 bps 8N1。

LoRaWAN Mote应用程序

Microchip LoRaWAN堆栈的ASFv3安装程序是Atmel Studio的扩展，为ATSAMR34器件中的LoRaWAN终端设备提供解决方案。该扩展允许用户将ASF中的ATSAMR34驱动器或传感器模块即插即用到Microchip LoRaWAN堆栈中，并创建易于演示的解决方案。

第1步.    生成应用程序

在Atmel Studio 7.0中执行以下步骤以生成LoRaWAN Mote应用程序。

1.    打开Atmel Studio IDE。

2.    从顶部菜单中选择：File -> New -> Example Project

3.    在“New Example Project from ASF or the Extensions”窗口中：

       =>选择SAMR34作为Device Family。

       =>从项目列表中，选择LoRaWAN Mote Application。

       =>为项目命名或使用默认名称（避免长文件名）。

       =>选择项目的位置。项目的路径应尽可能短。

       =>单击“确定”。

4.    选中“接受许可协议”复选框，然后单击“完成”。

5.    Atmel Studio为所选应用程序示例生成项目文件，可以与ATSAMR34 Xplained Pro板一起使用。

6.    您可以使用菜单中的默认设置构建固件：Build - > Build Solution。

7.    成功编译和链接后，固件将显示在解决方案资源管理器的“输出文件”部分中。

现在，您已准备好修改应用程序的设置以将终端设备连接到TTN。

风筝

设置您的区域频段

Microchip LoRaWAN Stack根据LoRa Alliance为全球不同监管区域定义的LoRaWAN区域参数支持多个区域频段。默认情况下，项目中启用了所有区域。要禁用某些区域，请执行以下步骤。

1.    从“解决方案资源管理器”面板中选择项目。

2.    从顶部栏菜单中，转到：Project -> Properties (Alt+F7)。

3.    从左侧窗格中，选择Toolchain。

4.    在右侧窗格中，转到：“ARM/GNU C Compiler -> Symbols”。

       区域频段宏定义列在“已定义的符号”窗格中。

       * AS_BAND = 1（亚洲）

       * AU_BAND = 1（澳大利亚）

       * EU_BAND = 1（欧洲）

       * IND_BAND = 1（印度）

       * JPN_BAND = 1（日本）

       * KR_BAND（韩国）

       * NA_BAND = 1（北美）

5.    当相应区域频段的宏设置为1时，将启用对区域频段的运行时支持。当宏设置为0时，将禁用区域频段的运行时支持。

例如，以下是仅启用欧洲区域的宏定义值：

* AS_BAND = 0（亚洲：文莱、柬埔寨、印度尼西亚、老挝、新西兰、新加坡、台湾、泰国、越南）

* AU_BAND = 0（澳大利亚）

* EU_BAND = 1（欧洲868 MHz）

* IND_BAND = 0（印度）

* JPN_BAND = 0（日本）

* KR_BAND = 0（韩国）

* NA_BAND = 0（北美）

注：Microchip LoRaWAN协议栈的发行说明包含支持的区域频段列表。

配置LoRaWAN激活参数

要在TTN上激活ATSAMR34 Xplained Pro开发板，您将使用OTAA激活程序。 OTAA方法需要将以下参数嵌入到LoRaWAN Mote应用程序中：

●    AppEUI：从您的TTN帐户复制/粘贴

●    AppKey：从您的TTN帐户复制/粘贴

●    DevEUI：在ATMSAMR34 Xplained Pro评估套件的EDBG芯片中进行序列化（嵌入式）

您从ASFv3生成的LoRaWAN Mote应用程序提供可配置的参数，例如conf_app.h文件中的OTAA凭据。该文件位于<your project folder> / src / config。

要配置设备，请执行以下步骤：

1.    从“Solution Explorer”窗格中，展开/ src / config文件夹。

2.    打开conf_app.h文件。

该文件包含与LoRaWAN Mote应用程序相关的可能配置。

3.    使用您从TTN帐户收集的AppEUI和AppKey修改DEMO_APPLICATION_EUI和DEMO_APPLICATION_KEY宏的值。

注意：默认情况下，LoRaWAN Mote应用程序使用EDBG芯片中的嵌入式DevEUI。您可以通过更改位于符号定义和conf_board.h文件中的EDBG_EUI_READ宏的值来使用您自己的DevEUI。确保两侧的DevEUI相同：终端设备和网络服务器。

conf_board.h文件：

1. /* TODO: If Board is having EDBG with DEV_EUI flashed in
   
2. Userpage Enable this Macro otherwise make it as 0 */
   
3. #define EDBG_EUI_READ      1

复制代码

符号定义窗口：

构建固件

在Atmel Studio 7.0中执行以下步骤以构建LoRaMote演示应用程序的固件。

1.    从菜单中，转到：Build - > Build Solution

2.    成功编译和链接后，固件将显示在解决方案资源管理器的“Output Files”部分中。

烧写固件

执行以下步骤以在ATSAMR34 Xplained Pro上烧写固件。

1.    成功构建固件后，通过USB电缆将ATSAMR34 Xplained Pro套件连接到PC。 完成驱动程序安装后，Atmel Studio会检测到电路板。

2.    转到Debug - > Start without Debugging（Ctrl + Alt + F5）

运行演示应用程序

您从ASFv3生成的LoRaWAN Mote应用程序用于通过LoRaWAN协议将温度传感器数据发送到网络服务器。它使用UART串行接口和115200 bps 8N1配置，UART用于显示菜单选项。用户输入通过键盘提供。

1.    使用115200 bps 8N1配置打开Tera Term程序。

2.    在ATSAMR34 Xplained Pro板上，按RESET按钮（靠近EDBG USB接口）。

       应用程序将启动，在Tera Term上将显示菜单。您可以与LoRaWAN Mote应用程序演示进行交互。

3.    从第一个菜单中，选择Demo应用程序。

4.    从第二个菜单开始，根据您的区域频段配置，选择合适的频段。

5.    然后，终端设备将使用您之前在代码中修改过的OTAA参数自动尝试加入网络。您应该观察成功的加入消息，否则请仔细检查双方的OTAA密钥（终端设备和TTN）并从菜单中发送加入请求。

6.    从显示的第三个菜单中，选择“发送数据”。

终端设备将发送包含摄氏温度和华氏温度的上行消息。

现在是时候验证TTN服务器中终端设备的激活情况，以确认设备状态并通过TTN控制台与设备进行交互。

7.    在TTN控制台中，通过单击“应用程序”然后选择您创建的应用程序，然后单击“设备”子菜单并选择之前创建的设备，导航到“Device Overview”页面。

8.    向下滚动并观察设备的状态。您应该看到“active”（绿色）状态以及帧计数器​​：

9.    单击“Data”选项卡以查看在TTN上接收的电路板上行链路有效负载数据。

有效载荷以HEX格式显示，对应于摄氏温度和华氏温度的温度值。

32 39 2E 32 43 => 29.2C

2F => /

38 34 2E 36 46 => 84.6F

风筝

在TTN中部署Payload Decoder功能

您可以在TTN应用程序中部署一个小的JavaScript代码段，将TTN接收的字节数组有效负载解码为更有用的格式。

1.    在TTN控制台中，导航到Application -> <Your Application> -> Payload Formats

2.    在下面显示的“decoder”编辑器窗口中键入或复制/粘贴下面的JavaScript代码：

1. function Decoder(bytes, port) {
   
2. 
   
3.     var result = {tempC: "", tempF: ""};
   
4. 
   
5.     result.tempC = String.fromCharCode(bytes[0], bytes[1], bytes[2], bytes[3]);
   
6. 
   
7.     result.tempF = String.fromCharCode(bytes[6], bytes[7], bytes[8], bytes[9]);
   
8. 
   
9.     return result;
   
10. 
    
11. }

复制代码

您可以通过在“Payload”窗口中输入（十六进制）测试字节32 39 2E 32 43 2F 38 34 2E 36 46并按“Test”按钮来测试该功能。

生成正确的JSON表示成功的结果。

完成后，按“save payload functions”按钮保存/应用该功能。

现在，当您返回设备的数据视图时，您应该看到为每个新的上行链路消息生成解码的JavaScript对象。这些可由外部应用程序访问。

从TTN生成下行链路数据包

TTN控制台允许您安排/发送下行数据包到您的设备。本篇文章中，ATSAMR34 Xplained Pro已配置为Class -A设备。在这种情况下，设备在发送上行链路消息之后打开两个监听窗口，以便检查来自网络服务器的下行链路消息。

1.    在TTN控制台中，导航到“Device Overview”页面。

2.    向下滚动到Downlink字段。您可以在此处输入/安排下行链路负载。

注意：

Payload是将发送的十六进制字节数组字段。

FPort是应用程序端口号。

下行链路传输也可以确认。

3.    完成如下所示的字段以发送未经证实的下行链路消息（到FPort 1）：

4.    按“发送”以安排下行链路。

5.    返回Tera Term程序，从菜单中发送温度数据。在发送上行链路分组之后接收并处理下行链路消息。您应该观察以十六进制格式收到的消息。

在设备级别收到的消息：

网络服务器上的消息流：

一个简单的节点RED应用

再深一步介绍，您可以创建一个Node-RED应用程序，通过TTN服务器显示来自ATSAMR34 Xplained Pro板的温度数据。

首先，让我们连接一个从TTN获取上行链路消息的简单流，在功能节点的帮助下提取摄氏温度和华氏温度值，并在简单的图表上绘制数据。

译者注：本篇文章翻译自The Things Network官网：https://www.thethingsnetwork.org/labs/story/connecting-the-microchip-atsamr34-xplained-pro-kit-with-lorawan-to-the-things-network，如有错漏，敬请指正。