基于LR1120与腾讯云物联网平台实现地理定位(一)：系统架构与硬件准备

引言

在物联网（IoT）应用中，低功耗、长距离的资产追踪与定位是一项关键技术指标。传统的全球定位系统（GPS）模块虽然能够提供精确的坐标，但其较高的功耗往往成为电池供电型设备的致命短板，限制了其在物流追踪、智慧农业、资产管理等场景中的长期应用。为解决该问题，LoRa Edge技术架构被提出。它通过将定位计算的负载从终端设备转移至云端处理，显著降低了终端的硬件复杂度和功耗，为物联网地理定位提供了一个兼顾成本、功耗与定位性能的解决方案。

该架构的核心理念在于“端侧扫描，云端解算”（Scan-on-Chip, Solve-in-Cloud）。它将定位过程中最为耗电的计算任务从终端设备剥离，转移至云端处理。终端设备，例如搭载Semtech LR1120芯片的模块，仅负责捕获原始的定位“线索”，如GNSS（全球导航卫星系统）信号的导航电文和周围Wi-Fi接入点（AP）的MAC地址等信息。这些轻量级的数据通过远距离、低功耗的LoRaWAN®网络传输至云平台。云平台凭借其强大的计算能力，结合专业的定位解算服务，最终计算出设备精确的地理位置。这种职责的转移极大地降低了终端设备的功耗，使得依赖小型电池运行数年的资产追踪器成为可能，为大规模物联网部署扫清了关键障碍。

本文旨在为工程师和解决方案开发者提供一份全面、深入且可操作的技术指南。我们将以NiceRF公司的LoRa1120模块（基于Semtech LR1120芯片）为硬件核心，结合意法半导体的STM32L476RG Nucleo开发板作为主控单元，通过LG1301-PF LoRaWAN网关，一步步详解如何将其完整接入腾讯云物联网开发平台，最终实现一个端到端的低功耗地理定位解决方案。文章将遵循从硬件组装、开发环境搭建、固件编译与烧录，到云平台配置、数据验证和应用展示的全过程，确保读者不仅能够成功复现项目，更能深刻理解其背后的技术原理与架构优势。

系统架构与硬件准备

在着手软件开发之前，精确地搭建硬件系统并理解各组件的角色是项目成功的基础。本章节将详细阐述构成此地理定位解决方案的各个核心组件，并提供明确的硬件连接指南，以避免在后续调试中因物理连接错误而产生不必要的问题。

核心组件概述

本解决方案的系统架构由四个关键部分组成：终端节点、网络基础设施、云平台以及它们之间的交互关系。

（系统架构图，展示了LR1120如何从Wi-Fi和GNSS收集数据，并通过LoRaWAN网关将其传输到腾讯云平台进行应用集成）

• 终端节点 (End Node):这是部署在现场的物理设备，负责采集定位数据并将其发送至网络。
  • NiceRF LoRa1120 模块:作为系统的感知核心，该模块基于Semtech LR1120芯片构建。其关键特性包括：
    • 多频段射频通信:支持Sub-GHz（如433/470/868/915 MHz）、2.4 GHz ISM频段以及用于卫星通信的S频段，提供了极大的通信灵活性。
    • 低功耗扫描器:集成了GNSS（支持GPS/北斗）扫描功能和无源Wi-Fi MAC地址扫描功能。它不进行本地位置解算，仅捕获原始数据，这是实现超低功耗的关键。
    • 协议兼容性:物理层设计符合LoRaWAN标准，确保了与标准网络的互操作性。

（LR1120芯片内部框图，展示射频路径和关键组件）

• STM32L476RG Nucleo-64 开发板:扮演主控制器（MCU）的角色。它通过SPI（串行外设接口）与LR1120模块通信，负责运行主要的应用程序逻辑。在本案例中，它将运行Semtech提供的LoRa Basics™ Modem（LBM）协议栈，该协议栈封装了LoRaWAN通信和定位数据采集的复杂性。

• 网络基础设施 (Network Infrastructure):
  • LG1301-PF LoRaWAN 网关:作为终端节点与云平台之间的桥梁。它接收来自LR1120节点的LoRa射频数据包，并通过标准的IP网络（如以太网或Wi-Fi）将其转发到云端的网络服务器。网关本身不解析数据内容，仅作为数据包的“搬运工”。

• 云平台 (Cloud Platform):
  • 腾讯云物联网开发平台 (Tencent Cloud IoT Explorer):在本架构中承担了多重角色，是整个系统的“大脑”。
    • LoRaWAN 网络服务器 (LNS):负责管理整个LoRaWAN网络，包括网关连接、终端节点的空中激活（OTAA）、数据速率的自适应调整（ADR）以及上下行数据包的路由。
    • LoRaWAN 应用服务器 (AS):接收由LNS转发来的应用数据，并进行解密和解码。
    • LoRa Edge™ 地理定位解算服务:这是实现本方案的核心增值服务。当平台接收到来自LR1120节点的GNSS和Wi-Fi扫描数据后，会自动调用该服务，将其解算为标准的经纬度坐标。

硬件组装与连接

正确的物理连接是确保MCU与LR1120模块正常通信的前提。在进行连接前，可以参考模块的引脚定义和典型应用电路，以获得更清晰的理解。

（NiceRF LoRa1120模块的引脚编号定义）

（LoRa1120模块与主控MCU的典型应用电路图）

请严格按照下表进行接线。错误的连接可能导致通信失败甚至损坏硬件。

表 1: LR1120模块与STM32L476RG Nucleo-64开发板硬件连接引脚映射

（STM32L476RG Nucleo-64开发板引脚布局图，用于参考硬件连接）

完成以上连接后，使用Mini-B USB线将STM32L476RG Nucleo开发板连接至计算机。此时，开发板上的ST-LINK调试器会创建一个虚拟串口和一​​个名为NODE_L476RG的USB大容量存储设备，这将在后续的固件烧录步骤中用到。同时，将470MHz天线和GPS天线分别连接到LR1120模块对应的端口上。

基于LR1120与腾讯云物联网平台实现地理定位系列

基于LR1120与腾讯云物联网平台实现地理定位(一)：系统架构与硬件准备

基于LR1120与腾讯云物联网平台实现地理定位(二)：开发环境与源代码设置

基于LR1120与腾讯云物联网平台实现地理定位(三)：终端节点固件与应用程序部署

基于LR1120与腾讯云物联网平台实现地理定位(四)：腾讯云物联网平台配置

基于LR1120与腾讯云物联网平台实现地理定位(五)：端到端数据验证与应用