LoRaWAN 対応 ARDUINO MKR WAN 1300 を使ってみたゲートウェイ接続編福岡市LoRaWAN

前回 ARDUINO MKR WAN 1300 をArduino IDE で使えるように環境構築しましたので
今回は実際にLoRaWANゲートウェイに接続してみます。
先ずは自分が良く使っている福岡市LoRaWAN実証実験に接続します。
(福岡市に在住の皆様限定になってしまいますが、他の接続先でも基本は変わらないと思います。)

Arduino公式ページでLoRaWAN接続用のサンプルプログラムが公開されています。

なお、このサンプルプログラムはOTAAモードでの接続となります。
OTAAとABPの違いはこちらの記事を参考にしてください。

公開されているサンプルプログラム

/*
  Lora Send And Receive
  This sketch demonstrates how to send and receive data with the MKR WAN 1300 LoRa module.
  This example code is in the public domain.
*/

#include <MKRWAN.h>

LoRaModem modem;

// Uncomment if using the Murata chip as a module
// LoRaModem modem(Serial1);

#include "arduino_secrets.h"
// Please enter your sensitive data in the Secret tab or arduino_secrets.h
String appEui = SECRET_APP_EUI;
String appKey = SECRET_APP_KEY;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial);
  // change this to your regional band (eg. US915, AS923, ...)
  if (!modem.begin(EU868)) {
    Serial.println("Failed to start module");
    while (1) {}
  };
  Serial.print("Your module version is: ");
  Serial.println(modem.version());
  Serial.print("Your device EUI is: ");
  Serial.println(modem.deviceEUI());

  int connected = modem.joinOTAA(appEui, appKey);
  if (!connected) {
    Serial.println("Something went wrong; are you indoor? Move near a window and retry");
    while (1) {}
  }

  // Set poll interval to 60 secs.
  modem.minPollInterval(60);
  // NOTE: independently by this setting the modem will
  // not allow to send more than one message every 2 minutes,
  // this is enforced by firmware and can not be changed.
}

void loop() {
  Serial.println();
  Serial.println("Enter a message to send to network");
  Serial.println("(make sure that end-of-line 'NL' is enabled)");

  while (!Serial.available());
  String msg = Serial.readStringUntil('\n');

  Serial.println();
  Serial.print("Sending: " + msg + " - ");
  for (unsigned int i = 0; i < msg.length(); i++) {
    Serial.print(msg[i] >> 4, HEX);
    Serial.print(msg[i] & 0xF, HEX);
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.println();

  int err;
  modem.beginPacket();
  modem.print(msg);
  err = modem.endPacket(true);
  if (err > 0) {
    Serial.println("Message sent correctly!");
  } else {
    Serial.println("Error sending message :(");
    Serial.println("(you may send a limited amount of messages per minute, depending on the signal strength");
    Serial.println("it may vary from 1 message every couple of seconds to 1 message every minute)");
  }
  delay(1000);
  if (!modem.available()) {
    Serial.println("No downlink message received at this time.");
    return;
  }
  char rcv[64];
  int i = 0;
  while (modem.available()) {
    rcv[i++] = (char)modem.read();
  }
  Serial.print("Received: ");
  for (unsigned int j = 0; j < i; j++) {
    Serial.print(rcv[j] >> 4, HEX);
    Serial.print(rcv[j] & 0xF, HEX);
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.println();
}

このプログラムを Arduino IDE の新しいプログラムとしてコピペしてください。

とりあえずこのままコンパイルしてみると当然ながらエラーとなります。
(コンパイルは ✔ ボタンをクリックします)

エラーの内容としては
1. MKRWAN.h が無い
2. arduino_secrets.h が無い
3. SECRET_APP_EUI と SECRET_APP_KEY が定義されていない
となります。

1つずつ潰していきます。
1.の MKRWAN.h に関しては MKRWAN library のインストールが必要となります。

MKRWAN library のインストール
スケッチ ⇒ ライブラリをインクルード ⇒ ライブラリを管理の順にクリックして
とクリックしてライブラリマネージャーを起動します。

ライブラリマネージャーが表示されたら検索入力欄に [MKRWAN] と入力してください。
以下のように表示が変わりますので
Support library for MKR WAN 1300 をインストールしてください。

正常にインストールされると表示が以下のようになります。

2.の arduino_secrets.h に関しては arduino_secrets.h を調べたら
SECRET_APP_EUI と SECRET_APP_KEY を定義しているだけでした。
よって、 #include "arduino_secrets.h" の一行を削除(コメントアウト)して
String appEui = "";
String appKey = "";
のようにappEuiとappKey直接設定するようにしました。
これで 3. のエラーも無くなります。
修正したソースコードは次のようになります。

/*
  Lora Send And Receive
  This sketch demonstrates how to send and receive data with the MKR WAN 1300 LoRa module.
  This example code is in the public domain.
*/

#include <MKRWAN.h>

LoRaModem modem;

// Uncomment if using the Murata chip as a module
// LoRaModem modem(Serial1);

// #include "arduino_secrets.h"
// Please enter your sensitive data in the Secret tab or arduino_secrets.h
String appEui = "77xxxxxxxxxxxx48";
String appKey = "FFxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxBB";

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial);
  // change this to your regional band (eg. US915, AS923, ...)
  if (!modem.begin(EU868)) {
    Serial.println("Failed to start module");
    while (1) {}
  };
  Serial.print("Your module version is: ");
  Serial.println(modem.version());
  Serial.print("Your device EUI is: ");
  Serial.println(modem.deviceEUI());

  int connected = modem.joinOTAA(appEui, appKey);
  if (!connected) {
    Serial.println("Something went wrong; are you indoor? Move near a window and retry");
    while (1) {}
  }

  // Set poll interval to 60 secs.
  modem.minPollInterval(60);
  // NOTE: independently by this setting the modem will
  // not allow to send more than one message every 2 minutes,
  // this is enforced by firmware and can not be changed.
}

void loop() {
  Serial.println();
  Serial.println("Enter a message to send to network");
  Serial.println("(make sure that end-of-line 'NL' is enabled)");

  while (!Serial.available());
  String msg = Serial.readStringUntil('\n');

  Serial.println();
  Serial.print("Sending: " + msg + " - ");
  for (unsigned int i = 0; i < msg.length(); i++) {
    Serial.print(msg[i] >> 4, HEX);
    Serial.print(msg[i] & 0xF, HEX);
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.println();

  int err;
  modem.beginPacket();
  modem.print(msg);
  err = modem.endPacket(true);
  if (err > 0) {
    Serial.println("Message sent correctly!");
  } else {
    Serial.println("Error sending message :(");
    Serial.println("(you may send a limited amount of messages per minute, depending on the signal strength");
    Serial.println("it may vary from 1 message every couple of seconds to 1 message every minute)");
  }
  delay(1000);
  if (!modem.available()) {
    Serial.println("No downlink message received at this time.");
    return;
  }
  char rcv[64];
  int i = 0;
  while (modem.available()) {
    rcv[i++] = (char)modem.read();
  }
  Serial.print("Received: ");
  for (unsigned int j = 0; j < i; j++) {
    Serial.print(rcv[j] >> 4, HEX);
    Serial.print(rcv[j] & 0xF, HEX);
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.println();
}

※ appEui と appKey は伏字にしています。

このプログラムをボードに書き込んでシリアルモニターを起動すると

シリアルモニタ

のように表示されます。(一部伏せています)
ここに表示されている
Your device EUI is: a8xxxxxxxxxxxx0b がゲートウェイにデバイスを登録する時に必要になります。

次にLoRaWANゲートウェイにディバイスの登録を行います。
この部分は利用するゲートウェイによって異なります、今回は福岡市LoRaWAN実証実験のゲートウェイを例とします。

Device activation は OTAA モードになります。
DevEUI: はシリアルモニターに表示されたデータを入力します。
AppEUI: 任意の16進数8桁のデータ
Appkey: 任意の16進数16桁のデータ
ここで設定した AppEUI と Appkey をプログラムの
appEui と appKey に設定します。

最後にプログラムをもう一ヶ所変更します。
それはLoRaの周波数の設定です。
LoRaの周波数はヨーロッパ、アメリカ、アジアで異なっているので、日本の周波数に合わせる必要があります。
ソースコードの setup関数内の
if (!modem.begin(EU868)) {
の部分を
if (!modem.begin(AS923)) {
に変更します。

この修正したプログラムを ARDUINO MKR WAN 1300 に書き込んで起動すると、問題が無ければゲートウェイとの通信が始まります。

ARDUINO MKR WAN 1300 のシリアルモニタ

ゲートウェイ側

ARDUINO MKR WAN 1300 から送った "abcd" がゲートウェイに届いているのが確認出来ました。
なお、このサンプルプログラムではシリアルモニタから送ったデータがゲートウェイに送られます。

これで、ARDUINO MKR WAN 1300 で正常に LoRaWANゲートウェイと通信出来ることが確認出来ました。
実際にはもっと作り込む必要がありますが ARDUINO MKR WAN 1300 が使えるという検証が目的でしたので、その目的は達成できたと思っています。

以下のプログラムが今回の最終形です。

/*
  Lora Send And Receive
  This sketch demonstrates how to send and receive data with the MKR WAN 1300 LoRa module.
  This example code is in the public domain.
*/

#include <MKRWAN.h>

LoRaModem modem;

// Uncomment if using the Murata chip as a module
// LoRaModem modem(Serial1);

// #include "arduino_secrets.h"
// Please enter your sensitive data in the Secret tab or arduino_secrets.h
String appEui = "77xxxxxxxxxxxx48";
String appKey = "FFxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxBB";

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial);
  // change this to your regional band (eg. US915, AS923, ...)
  if (!modem.begin(AS923)) {
    Serial.println("Failed to start module");
    while (1) {}
  };
  Serial.print("Your module version is: ");
  Serial.println(modem.version());
  Serial.print("Your device EUI is: ");
  Serial.println(modem.deviceEUI());

  int connected = modem.joinOTAA(appEui, appKey);
  if (!connected) {
    Serial.println("Something went wrong; are you indoor? Move near a window and retry");
    while (1) {}
  }

  // Set poll interval to 60 secs.
  modem.minPollInterval(60);
  // NOTE: independently by this setting the modem will
  // not allow to send more than one message every 2 minutes,
  // this is enforced by firmware and can not be changed.
}

void loop() {
  Serial.println();
  Serial.println("Enter a message to send to network");
  Serial.println("(make sure that end-of-line 'NL' is enabled)");

  while (!Serial.available());
  String msg = Serial.readStringUntil('\n');

  Serial.println();
  Serial.print("Sending: " + msg + " - ");
  for (unsigned int i = 0; i < msg.length(); i++) {
    Serial.print(msg[i] >> 4, HEX);
    Serial.print(msg[i] & 0xF, HEX);
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.println();

  int err;
  modem.beginPacket();
  modem.print(msg);
  err = modem.endPacket(true);
  if (err > 0) {
    Serial.println("Message sent correctly!");
  } else {
    Serial.println("Error sending message :(");
    Serial.println("(you may send a limited amount of messages per minute, depending on the signal strength");
    Serial.println("it may vary from 1 message every couple of seconds to 1 message every minute)");
  }
  delay(1000);
  if (!modem.available()) {
    Serial.println("No downlink message received at this time.");
    return;
  }
  char rcv[64];
  int i = 0;
  while (modem.available()) {
    rcv[i++] = (char)modem.read();
  }
  Serial.print("Received: ");
  for (unsigned int j = 0; j < i; j++) {
    Serial.print(rcv[j] >> 4, HEX);
    Serial.print(rcv[j] & 0xF, HEX);
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.println();
}

今後実際にセンサーからのデータを送信したり、LoRaWANゲートウェイとして TTN に接続する検証を行いたいと思っています。

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