Lora转4G Cat1网关软硬件设计开源资料分享（MQTT协议版本）

一、lora转4G网关方案简介：

lora转4G网关解决了物联网技术中长距离的要求，被广泛运用到各种各样行业之中，通信网络成本费极低，另外适用窄带传输数据，安全系数高。应用的地方也是非常的广泛，例如企业、大型工厂、智慧农业、远程抄表、智慧井盖、管廊、办公楼、智能巡检、智能家居、智慧灯杆、智慧供热等等。

二、lora转4G网关方案的硬件设计分享

1.硬件功能概述

奇迹的 AP6000E_AM430EV5 Lora 网关 MQTT 版本，乃是奇迹 lora 网关系列中的一个版本。它支持 lora 转 4G，支持 5×6 贴片卡/外置 SIM 卡/全网通卡，支持北斗/GPS 定位，支持卡基站定位，内嵌看门狗，掉线能自动恢复。具备标准工业 RS232/485 接口，能够支持 6 - 20V 的宽电压输入。

Lora 网关 MQTT版本为用户供应标准固件以及对应的源码，还有对应的 Lora 转 MQTT通讯、GNSS、AT 指令配置等功能的操作例程。

2.产品硬件定义

2.1 系统框图：

2.2 HaaS框图：

AM430EV5系列SOM板：

AM430EV5 SOM板4（5*6卡/GNSS）Haas框图

AM430EV5 SOM板5（全网通卡/GNSS）Haas框图

AM430EV5 SOM板6（插拔卡/GNSS）Haas框图

lora SOM板：

REV1主板Haas框图

2.3 SCH原理图拆解分析：

AM430EV5系列SOM板SCH：

详情请见飞书点击此处。

Lora SOM板SCH：

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REV1主板SCH：

详情请见飞书点击此处。

三、lora转4G网关方案的软件设计分享

1.软件功能概述

Lora网关是一款多功能 LoRa网关，支持主机轮询和从机主动上报两种软件工作模式。

功能概述：

网络通讯功能：为了实现远程控制中心对终端测控单元的控制，首先应该具备联网的能力，通过网络将两者连接起来。实现了网络通讯，就要考虑网络稳定的问题，如果不稳定，需要实现断线重连等。服务器确定设备目前在线

参数配置功能：网络通讯可以选择TCP，MQTT等协议。连接TCP服务器，需要配置TCP服务器地址，端口号等参数；连接MQTT服务器需要配置鉴权信息，订阅和发布的Topic等参数。此外，其它复杂功能，也会涉及到一些参数的配置。

网络参数配置功能：上述功能实现后，可以考虑后期维护过程中，当产品现场维护不方便，使用网络对其进行配置的方式。配置的方式可以选择多种形式，可以将上面的指令稍微修改，也可以另外写一份协议。

心跳功能：当产品和远程服务器建立连接后，服务器判断设备是否在线，需要RTU定时发送一串数据给服务器，用通信来确认产品在线。

远程控制功能：依托上述功能的实现，可以轻松地制定一些协议，远程服务器通过下发对应的协议，进行配置等。

主动轮询功能：主机按照配置的时间，逐一发送信息，询问从机设备

从机主动上报功能：从机上电后，会主动和主机进行通信，获取主机下发的上报设备，适用于低功耗场景。

2.软件功能定义

2.1 软件实现功能：

AT指令配置设备运行参数，包括：服务器连接IP、端口号；心跳包开启/关闭；心跳包内容；注册包模式；注册包内容。以及复位和查询相关配置参数指令。

可随时选择进入、退出透传模式

心跳保持功能，心跳间隔可配置

网络重连功能

理论上可以发送无限长度数据包

波特率固定为115200，可以根据客户需求定制

网络AT指令和JSON协议配置功能，可以通过服务器下发远程AT指令配置

支持远程升级

支持主机轮询和从机主动上报功能

2.2 软件功能模块分析：

按照上面的分析，开发的过程就是实现一个个组件，几个组件完成一个模块，几个模块完成一个项目的开发。

开发过程会从核心组件验证，完整代码详解，调试三个章节来讲，如何使用服务层API或应用层组件中的代码实现组件和模块，从而完成整个项目。

2.3 软件流程图：

3.基开发豆平台开发分析

我们的目的是做一款MQTT通信的Lora网关，Lora网关应该具有的的功能，代码可以分为：数据存储模块，AT指令模块，切卡模块，透传模式切换模块，MQTT模块，心跳模块，掉线重连模块，主动上报模块，主机轮询模块。

模块是根据相似的功能，把对应的代码放到同一个源文件中。每个功能算作一个组件，不同组件组合以来，构成了模块的主要功能。

数据存储组件：包括文件创建，初始化，读写，关闭等。

AT指令组件：包括串口初始化，串口数据接收，发送，数据分析，AT指令解析

切卡组件：包括GPIO初始化，复位切卡

透传模式切换组件：包括串口初始化，串口数据接收，发送，数据分析，切换模式

掉线重连组件：包括连接状态检测，掉线重连

MQTT组件：包括订阅，发布Topic等

心跳组件：包括参数配置，定时发送

GNSS组件：包括参数配置，串口初始化，串口数据接收，数据分析，模式切换，定时上报

轮询组件：包括参数配置，GPIO初始化，中断检测，模式切换，定时上报，中断上报

从机主动上报组件：包括参数配置，ADC接口初始化，电流计算，定时上报

  上述模块功能大致是按照依赖顺序来的，下面的模块实现可能要基于上面的组件。

AT指令模块

心跳模块

MQTT网络模块

网络AT模块

主任务模块

升级模块

IO模块

文件模块

JSON协议模块

Lora通信模块

四、Lora转4G网关方案成果展示

1.SCH的讲解和Geber文件资料

详情请见飞书奇迹物联知识库点击此处

2.Datasheet

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3.AT指令手册

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4.产品BOM

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5.固件下载链接

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五、如何了解更多lora转4G网关方案

本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知识库

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审核编辑 黄宇