基于意法半導體ST25DV64KC NFC 的LoRa 配置解決方案

作者：時間：2024-05-27 來源：大大通

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LoRa是一種面向IoT和IIoT應用頗具吸引力的通信解決方案；它是一種遠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設備基于LoRaWAN協(xié)議構(gòu)建，每臺設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，可派生出一個用于完整性和真實性驗證的“網(wǎng)絡會話密鑰”（使用此密鑰對數(shù)據(jù)進行簽名）以及一個用于保密的“應用會話密鑰”（使用此密鑰加密數(shù)據(jù)）。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/202405/459205.htm

每臺設備的安全密鑰和標識符都是唯一的，并且通常在設備激活前的設備制造過程中預先配置（存儲在設備的永久性存儲器以及Join服務器上）。該解決方案會產(chǎn)生成本并缺乏靈活性。當前的解決方案展示了NFC動態(tài)標簽的雙向通信功能如何在運行時對設備進行配置，從而簡化制造流程。

將LoRa設備接入網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡服務器的傳統(tǒng)方法

通常需要在產(chǎn)品上添加一個二維（QR）碼，它顯示出DevEUI和JoinEUI標識符（安全密鑰是保密的）。

用戶購買設備后，必須安裝由制造商提供的經(jīng)過認證的Android/iOS移動應用程序。然后，應用程序會要求用戶掃描LoRa設備上的二維碼。

接下來，應用程序?qū)⑹褂肑oinEUI參數(shù)與Join網(wǎng)絡進行通信，以識別要通信的正確的Join服務器。Join服務器獲得與此DevEUI關(guān)聯(lián)的AppKey，并將AppKey傳播到網(wǎng)絡和應用服務器。網(wǎng)絡服務器將基于AppKey推導出網(wǎng)絡會話密鑰；而應用服務器將基于AppKey推導出應用會話密鑰。

之后，LoRa設備會與LoRa網(wǎng)關(guān)通信，并執(zhí)行無線激活 (OTAA)。激活后，新設備就會連接到LoRa網(wǎng)絡并開始通信。

簡化接入過程并提高其成本效益，從而改進用戶體驗

此方法需要采用一個內(nèi)置ST25DV64KC動態(tài)NFC標簽的LoRa設備，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的智能手機運行LoRa配置應用程序并輕觸LoRa設備，獲取設備的唯一標識符 (DevEUI)，并在LoRaWAN網(wǎng)絡上注冊該設備。

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

配置方法	配置時間	約束條件/備注	成本
二維碼	在工廠	固定密鑰使用HSM存儲密鑰	$$$
Bluetooth? Low Energy	在現(xiàn)場	藍牙堆棧（硬件和軟件）	$$
NFC	在現(xiàn)場	設備在出廠時仍為通用設備	$

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)新型應用提供了一種開放、靈活、簡單且經(jīng)濟的方式。評估套件支持使用先進的元器件快速建立原型，并快速轉(zhuǎn)換為最終設計。

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標簽的動態(tài)NFC/RFID標簽IC擴展板 (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，還提供了用于實現(xiàn)LoRa配置 (STSW-ST25010) 的用戶友好型移動應用程序以及MQTT客戶端 (STSW-ST25011)，從而利用The Things Network的LoRaWAN?基礎設施來監(jiān)控設備性能，提供診斷信息等。

在此套件設置中，由安裝在STM32WL Nucleo板上的NFC擴展板 (X-NUCLEO-NFC07A1) 代表LoRa設備。同時，還提供了一款雙層天線參考板 (ANT7-T-25DV64KC) 以便于原型設計，該天線參考板適用于具有增強型I2C有線接口的ST25DV64KC動態(tài)NFC標簽。

首先，使用支持NFC的智能手機運行LoRa配置應用程序 (STSW-ST25010) 并輕觸LoRa設備，獲取設備的唯一標識符，然后按照屏幕上的說明在LoRaWAN網(wǎng)絡上注冊該設備

獲取軟件

產(chǎn)品型號	一般描述	Marketing Status	下載
STSW-ST25010	Android app for ST25DV64KC LoRa Provisioning demo (Application)	Active	https://play.google.com/store/apps/details?id=com.st.st25loraprovisioning&pli=1
STSW-ST25010SC	Android app for ST25DV64KC LoRa Provisioning demo (Source)	Active	獲取最新版本
STSW-ST25011	Android app MQTT Client ST25 LoRa Provisioning demo (Application)	Active	https://play.google.com/store/apps/details?id=com.st.st25mqttclient
STSW-ST25011SC	Android app MQTT Client ST25 LoRa Provisioning demo (Source)	Active	獲取最新版本
STSW-ST25DV010	Firmware for ST25DV64KC LoRa Provisioning demo	Active	獲取最新版本

?場景應用圖

?展示板照片

意法半導體

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢

1.帶有I2C接口的ST25DV64KC 動態(tài)NFC 標簽 2.采用ST25動態(tài)NFC標簽來通過NFC建立安全傳輸通道，最終用戶進行配置時更為方便，采用ST25動態(tài)NFC標簽提高了靈活性（可在現(xiàn)場進行配置）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，擴頻因子為12）性能優(yōu)勢 1.NFC配置方法更為靈活，比其他方法更具成本效益 2.NFC支持自動安裝移動應用程序（Android、iOS） 3.支持在安裝時注冊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（例如燃氣表） 6.可向服務工程師提供設備日志，從而提高可見性 7.NFC可用于更多應用場合：診斷、配置、固件升級等成本優(yōu)勢 1.生產(chǎn)線末端無需再進行密鑰配置（節(jié)省成本） 2.無需使用HSM來存儲與生產(chǎn)的所有LoRa設備相關(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)絡中重復使用同一設備認證 4.產(chǎn)品獲得NFC Forum認證 (ST25DV64KC) -> 保證與手機的互操作性

?方案規(guī)格

1.基于ST25DV64KC的動態(tài)NFC/RFID標簽 IC擴展板 (X-NUCLEO-NFC07A1)，適用于STM32 Nucleo開發(fā)板 2.基于ST25DV64KC動態(tài)NFC/RFID標簽，易于使用的擴展板 3.最多64 Kbit存儲容量，支持NDEF 4.適用于ST25DV64KC的全面且免費的開發(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、靈活的LoRa設備原型構(gòu)建方法 6.STM32Cube MCU軟件包提供全面的免費軟件庫和示例，支持廣泛的IDE，包括IAR、Keil和基于GCC的IDE 兼容性和標準合規(guī)性 1.NFC Forum Type 5標簽認證 2.LoRaWan 1.0.4 認證高級功能 1.快速傳輸模式 (FTM) 2.通過TLS/SSL保證安全的HTTPS請求 3.可將密鑰編程到LoRa設備中 4.LoRa通信 5.MQTT通知