因為應用在廣闊的行業內，在傳感器、執行器、供電、通信延時等不同的要求，讓LoRaWAN的End Node呈現種類繁多的形態。同時，80%的共性還是存在的，包括：整體架構、LoRaWAN協議棧、軟件開發模式等。  

1 整體架構

一般說來，一個End Node硬件包括以下四部分：

MCU：實現LoRaWAN協議棧、控制LoRa射頻、驅動外設和實現應用程序；

LoRa radio：實現LoRa信號接收與發送；

外設：驅動傳感器、控制I/O端口等；

供電：通過電池或市電給整個系統提供電源。

一個End Node的軟件包括：

驅動層：主要是驅動總線，從而與LoRa射頻、傳感器和執行器通信；

中間件：包括LoRaWAN協議棧和能耗管理；

應用層：滿足用戶的業務需求，如采集數據并初步加工，定時上傳等。

2 產品方案

設計一個End Node至少有3種方案：chipset、module和modem。

2.1  Chipset

硬件：選購一款低功耗的MCU，采購SX127x射頻芯片，設計RF電路，實現PCB，調試天線和射頻匹配，連接傳感器或執行器。

軟件：MCU實現LoRaWAN協議棧，控制SX127x射頻電路，驅動外設，實現用戶應用。

優點：取得最大靈活性，硬件成本可控。

缺點：難度大，周期長，研發和測試成本高。

2.2  Module

硬件：連接傳感器或執行器。

軟件：MCU實現LoRaWAN協議棧，驅動外設，實現用戶應用。

優點：省去硬件設計，有成熟的開發與測試平臺。

缺點：自行實現LoRaWAN，軟件方面有挑戰。

2.3  Modem

硬件：選購一款低功耗MCU，通過UART（或SPI等）連接LoRa Modem，連接傳感器或執行器。

軟件：MCU控制LoRa Modem，驅動外設，實現用戶應用。

優點：難度小，時間短，研發和測試成本低。

缺點：硬件成本高，LoRaWAN協議棧升級依賴廠商。

針對上面三種方案，一個EndNode該如何選擇呢？這依賴下表的因素。

3 軟件開發

一個End Node的軟件開發依賴上述三種方案的選擇：

Chipset：根據MCU選擇合適的IDE（如：IAR或Keil等），是否需要移植OS，移植官方的LoRaWAN協議棧，可以從以下鏈接獲取官方源代碼：https://github.com/LoRa-net/LoRaMac-node

Module：一般而言，供應商提供IDE、OS等平臺，用戶需要實現或管理LoRaWAN。

Modem：這是難度最小的方案，根據Modem提供的命令集，初始化LoRaWAN協議棧，讀取和發送數據包。

4 選擇天線

工作在470MHz（中國地區）的End Node，1/4波長的天線約16.0cm。有3種可選的天線方案。

專用OEM天線：設計專用的天線可以達到很好的發射功率和接收靈敏度，然而，這需要一個高品質的天線廠商，成本較高。

PCB天線：對覆銅的要求高，走線的曲直和寬窄都影響天線的性能。

1/4波長天線：實現簡單，但容易因天線長度和繞線而引入個體誤差，在使用中需要保證天線外形穩定，否則會影響性能。

5 降低功耗

節能是一個細致功夫，它包括：MCU選型、電路設計、管腳控制、工作模式、開關外設和軟件算法等?？疾煲粋€End Node的功耗，至少需要了解以下5種模式的功耗和占空比（該模式占用多長的時間）。

休眠：MCU，RF和外設都關閉，一般僅RTC工作；

空閑：除MCU外，其他都關閉；

運行：除RF外，其他（包括MCU和外設）運行；

接收：偵聽或接收一個數據包；

發射：發射一個數據包；

關于節能更多資料請鏈接：http://www.rimelink.com/nd.jsp?id=53&_np=107_316

6 固件升級

以下2個原因限制了通過LoRa無線升級End Node的固件：

LoRa速率低，并且ISM頻段有duty cycle法規，不適合傳輸較大的數據塊；

每個End Node有2個Key（NwkSKey和AppSKey）的密鑰，除非它們的Key都相同，否則無法組播（或廣播）升級固件。

可見，固件的升級還是依賴廠商使用特殊的工具，如：通過UART或USB升級，通過藍牙或紅外升級等。

關于：中科研拓

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