基于意法半導(dǎo)體ST25DV64KC NFC 的LoRa 配置解決方案

LoRa是一種面向IoT和IIoT應(yīng)用頗具吸引力的通信解決方案；它是一種遠(yuǎn)距離低功耗的無線通信系統(tǒng)，可以長距離傳輸少量數(shù)據(jù)。LoRa設(shè)備基于LoRaWAN協(xié)議構(gòu)建，每臺(tái)設(shè)備均需要具備唯一的ID（稱為DevEUI）和唯一的安全主密鑰（稱為AppKey）?；贏ppKey，可派生出一個(gè)用于完整性和真實(shí)性驗(yàn)證的“網(wǎng)絡(luò)會(huì)話密鑰”（使用此密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名）以及一個(gè)用于保密的“應(yīng)用會(huì)話密鑰”（使用此密鑰加密數(shù)據(jù)）。

每臺(tái)設(shè)備的安全密鑰和標(biāo)識(shí)符都是唯一的，并且通常在設(shè)備激活前的設(shè)備制造過程中預(yù)先配置（存儲(chǔ)在設(shè)備的永久性存儲(chǔ)器以及Join服務(wù)器上）。該解決方案會(huì)產(chǎn)生成本并缺乏靈活性。當(dāng)前的解決方案展示了NFC動(dòng)態(tài)標(biāo)簽的雙向通信功能如何在運(yùn)行時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置，從而簡化制造流程。

將LoRa設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的傳統(tǒng)方法

通常需要在產(chǎn)品上添加一個(gè)二維（QR）碼，它顯示出DevEUI和JoinEUI標(biāo)識(shí)符（安全密鑰是保密的）。

用戶購買設(shè)備后，必須安裝由制造商提供的經(jīng)過認(rèn)證的Android/iOS移動(dòng)應(yīng)用程序。然后，應(yīng)用程序會(huì)要求用戶掃描LoRa設(shè)備上的二維碼。

接下來，應(yīng)用程序?qū)⑹褂肑oinEUI參數(shù)與Join網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，以識(shí)別要通信的正確的Join服務(wù)器。Join服務(wù)器獲得與此DevEUI關(guān)聯(lián)的AppKey，并將AppKey傳播到網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將基于AppKey推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)會(huì)話密鑰；而應(yīng)用服務(wù)器將基于AppKey推導(dǎo)出應(yīng)用會(huì)話密鑰。

之后，LoRa設(shè)備會(huì)與LoRa網(wǎng)關(guān)通信，并執(zhí)行無線激活 (OTAA)。激活后，新設(shè)備就會(huì)連接到LoRa網(wǎng)絡(luò)并開始通信。

簡化接入過程并提高其成本效益，從而改進(jìn)用戶體驗(yàn)

此方法需要采用一個(gè)內(nèi)置ST25DV64KC動(dòng)態(tài)NFC標(biāo)簽的LoRa設(shè)備，幫助連接到支持LoRa?調(diào)制的超低功耗無線STM32WL5 MCU。

首先，使用支持NFC的智能手機(jī)運(yùn)行LoRa配置應(yīng)用程序并輕觸LoRa設(shè)備，獲取設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)符 (DevEUI)，并在LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)上注冊(cè)該設(shè)備。

然后，LoRaWAN服務(wù)器將唯一主密鑰 (AppKey) 發(fā)送回移動(dòng)應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序?qū)⑵渚幊痰絃oRa設(shè)備的NVM中。接下來，LoRa設(shè)備將能夠與LoRa網(wǎng)關(guān)通信，執(zhí)行無線激活 (OTAA)。激活后，新設(shè)備就會(huì)連接到LoRa網(wǎng)絡(luò)。

解決方案基于STM32開放開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境為開發(fā)創(chuàng)新型應(yīng)用提供了一種開放、靈活、簡單且經(jīng)濟(jì)的方式。評(píng)估套件支持使用先進(jìn)的元器件快速建立原型，并快速轉(zhuǎn)換為最終設(shè)計(jì)。

STM32WL Nucleo-64開發(fā)板 (NUCLEO-WL55JC) 基于超低功耗無線STM32WL5 MCU構(gòu)建，通過USB集成了一個(gè)調(diào)試器/編程器接口。開發(fā)板具有一組靈活的Arduino連接器，可以輕松連接到基于ST25DV64KC NFC Type V標(biāo)簽的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC擴(kuò)展板 (X-NUCLEO-NFC07A1)。

在我們的STM32WL固件包 (STSW-ST25DV010) 中，提供了一整套軟件組件和現(xiàn)成的示例代碼。此外，還提供了用于實(shí)現(xiàn)LoRa配置 (STSW-ST25010) 的用戶友好型移動(dòng)應(yīng)用程序以及MQTT客戶端 (STSW-ST25011)，從而利用The Things Network的LoRaWAN?基礎(chǔ)設(shè)施來監(jiān)控設(shè)備性能，提供診斷信息等。

在此套件設(shè)置中，由安裝在STM32WL Nucleo板上的NFC擴(kuò)展板 (X-NUCLEO-NFC07A1) 代表LoRa設(shè)備。同時(shí)，還提供了一款雙層天線參考板 (ANT7-T-25DV64KC) 以便于原型設(shè)計(jì)，該天線參考板適用于具有增強(qiáng)型I2C有線接口的ST25DV64KC動(dòng)態(tài)NFC標(biāo)簽。

首先，使用支持NFC的智能手機(jī)運(yùn)行LoRa配置應(yīng)用程序 (STSW-ST25010) 并輕觸LoRa設(shè)備，獲取設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)符，然后按照屏幕上的說明在LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)上注冊(cè)該設(shè)備

獲取軟件

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

ST

?展示板照片

意法半導(dǎo)體

?方案方塊圖

ST

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.帶有I2C接口的ST25DV64KC 動(dòng)態(tài)NFC 標(biāo)簽 2.采用ST25動(dòng)態(tài)NFC標(biāo)簽來通過NFC建立安全傳輸通道，最終用戶進(jìn)行配置時(shí)更為方便，采用ST25動(dòng)態(tài)NFC標(biāo)簽提高了靈活性（可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配置）支持快速傳輸模式，可提高配置速度 3.STM32WL5 MCU - 雙核，多調(diào)制無線MCU，支持LoRa?調(diào)制的超低功耗MCU 接收靈敏度：LoRa?通信為-148 dBm（頻率為10.4 kHz時(shí)，擴(kuò)頻因子為12） 性能優(yōu)勢(shì) 1.NFC配置方法更為靈活，比其他方法更具成本效益 2.NFC支持自動(dòng)安裝移動(dòng)應(yīng)用程序（Android、iOS） 3.支持在安裝時(shí)注冊(cè)GPS位置 4.由最終用戶完成密鑰配置，簡化了工業(yè)化流程 5.得益于無接觸接口，支持最終產(chǎn)品采用封閉式外殼（例如燃?xì)獗恚? 6.可向服務(wù)工程師提供設(shè)備日志，從而提高可見性 7.NFC可用于更多應(yīng)用場(chǎng)合：診斷、配置、固件升級(jí)等 成本優(yōu)勢(shì) 1.生產(chǎn)線末端無需再進(jìn)行密鑰配置（節(jié)省成本） 2.無需使用HSM來存儲(chǔ)與生產(chǎn)的所有LoRa設(shè)備相關(guān)的密鑰 3.可以在產(chǎn)品生命周期中更新配置的密鑰，以便在其他LoRa網(wǎng)絡(luò)中重復(fù)使用同一設(shè)備認(rèn)證 4.產(chǎn)品獲得NFC Forum認(rèn)證 (ST25DV64KC) -> 保證與手機(jī)的互操作性

?方案規(guī)格

1.基于ST25DV64KC的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽 IC擴(kuò)展板 (X-NUCLEO-NFC07A1)，適用于STM32 Nucleo開發(fā)板 2.基于ST25DV64KC動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽，易于使用的擴(kuò)展板 3.最多64 Kbit存儲(chǔ)容量，支持NDEF 4.適用于ST25DV64KC的全面且免費(fèi)的開發(fā)固件庫和示例，兼容STM32Cube固件 5.超低功耗無線STM32WL5 MCU開發(fā)板 (NUCLEO-WL55JC)，為用戶提供了一種經(jīng)濟(jì)、靈活的LoRa設(shè)備原型構(gòu)建方法 6.STM32Cube MCU軟件包提供全面的免費(fèi)軟件庫和示例，支持廣泛的IDE，包括IAR、Keil和基于GCC的IDE 兼容性和標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性 1.NFC Forum Type 5標(biāo)簽認(rèn)證 2.LoRaWan 1.0.4 認(rèn)證 高級(jí)功能 1.快速傳輸模式 (FTM) 2.通過TLS/SSL保證安全的HTTPS請(qǐng)求 3.可將密鑰編程到LoRa設(shè)備中 4.LoRa通信 5.MQTT通知