Créer une passerelle LoRaWAN avec Raspberry Pi

Tutorials

Einführung

Die LoRaWAN est devenu un standard incontournable pour l’IoT longue portée et basse consommation : agriculture connectée, smart cities, capteurs industriels…
Die LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) est aujourd’hui un pilier de l’IoT longue portée et basse consommation. Il permet de connecter des milliers de capteurs dans les domaines de l’agriculture, des villes intelligentes, de l’industrie ou encore de la domotique.

Construire sa propre passerelle LoRaWAN était autrefois complexe et coûteux. Mais grâce à la puissance du Raspberry Pi 5 et au module concentrateur LR1302 basé sur la puce Semtech SX1302, il est désormais possible de déployer une solution fiable, performante et économique.

Ce guide vous explique pas à pas comment installer et configurer une passerelle LoRaWAN complète avec ChirpStack.

Qu’est-ce que le LoRaWAN ?

Die LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) est un protocole de communication sans fil conçu pour :

  • La longue portée : jusqu’à 2-5 km en ville et 10-15 km en campagne.
  • La faible consommation : un capteur peut fonctionner plusieurs années sur une simple pile.
  • La basse fréquence : généralement sur les bandes EU868 en Europe et US915 en Amérique.

Fonctionnement d’un réseau LoRaWAN

  • Nœuds (capteurs) : mesurent une donnée (température, humidité, vibration, etc.) et envoient des messages radio LoRa.
  • Passerelles (Gateways) : reçoivent ces messages et les transmettent via Internet (Ethernet, Wi-Fi, 4G) vers un serveur réseau.
  • Serveur réseau LoRaWAN : authentifie, déduplique et route les messages vers les applications.
  • Applications : exploitent les données (API, dashboard, cloud).

👉 Sans passerelle, les capteurs LoRa ne peuvent pas communiquer avec vos applications.

Qu’est-ce que ChirpStack ?

ChirpStack est une suite logicielle open-source permettant de gérer un réseau LoRaWAN de bout en bout.

Les trois briques principales :

  1. ChirpStack Gateway Bridge
    • S’exécute sur la passerelle.
    • Convertit les paquets LoRa reçus en messages IP (MQTT).
  2. ChirpStack Network Server
    • Vérifie l’intégrité et la sécurité des messages.
    • Gère les fréquences, le routage et la gestion des nœuds.
  3. ChirpStack Application Server
    • Met les données des capteurs à disposition via API/JSON/MQTT.
    • Gère les utilisateurs, organisations et applications.

👉 En résumé : ChirpStack est le cerveau logiciel qui transforme vos capteurs LoRa en données exploitables dans vos applications IoT.

1. Matériel nécessaire

Éléments principaux

  • Raspberry Pi 5 (4GB) : idéal pour gérer ChirpStack et les communications LoRaWAN.
  • Module concentrateur LoRaWAN LR1302 (Elecrow, basé sur SX1302 + SX1250).
  • HAT compatible Elecrow pour connecter le module au Raspberry Pi via l’interface SPI.
  • Antenne LoRa adaptée à votre région (EU868 ou US915).
  • Alimentation USB-C 45W : indispensable pour la stabilité et la puissance du Raspberry Pi 5.
  • Boîtier industriel Waveshare pour protéger et refroidir le montage.
  • Carte microSD Sandisk 32 Go (classe A1 ou A2) préinstallée avec ChirpStack OS dans notre kit.

Caractéristiques clés du module LR1302

  • Basé sur le chipset Semtech SX1302.
  • 8 canaux LoRa simultanés.
  • Sensibilité jusqu’à -139 dBm (SF12, BW 125 kHz).
  • Puissance d’émission jusqu’à 26 dBm.
  • Consommation optimisée (≈ 380 mA en émission).
  • Interface SPI pour communication directe avec le Raspberry Pi.

2. Préparation logicielle

Option 1 : ChirpStack Gateway OS (recommandé pour 90% des utilisateurs)

  • C’est quoi ? Une image Linux spécialement conçue pour transformer ton Pi en passerelle LoRaWAN.
  • Vorteil: tout est intégré : système, drivers SX1302, ChirpStack Gateway Bridge, Network Server et Application Server.
  • Inconvénient : moins de flexibilité si tu veux une installation très personnalisée.

Ci-dessous, la table des Raspberry Pi compatibles :

image 13

Étapes d’installation :

  1. Flasher l’image ChirpStack Gateway OS sur la microSD avec Raspberry Pi Imager oder Balena Etcher.
  2. Démarrer le Pi → il boot directement avec ChirpStack opérationnel.
  3. L’interface de Chirpstack est accessible :
    • Via Ethernet en DHCP
    • Via WiFi, un point d’accès réseau est créé (nom : ChirpStackAP-XXXXXX, mot de passe : ChirpStackAP). L’adresse IP de la passerelle est 192.168.0.1.

Option 2 : Installation manuelle (pour bidouilleurs / cas spécifiques)

  • C’est quoi ? Tu pars d’un Raspberry Pi OS Lite “nu” et tu installes tout à la main.
  • Vorteil: contrôle total, tu choisis les versions, tu peux ajouter d’autres services IoT.
  • Inconvénient : beaucoup plus long, sources d’erreurs.

Étapes d’installation :

  1. Flasher Raspberry Pi OS Lite.
  2. Activer SPI : sudo raspi-config # Interface Options → SPI → Enable sudo reboot
  3. Installer Docker + Docker Compose : curl -fsSL https://get.docker.com | sh sudo usermod -aG docker pi sudo apt install docker-compose -y
  4. Créer un fichier docker-compose.yml avec les services ChirpStack :
    • chirpstack-gateway-bridge
    • chirpstack-network-server
    • chirpstack-application-server
    • mosquitto (broker MQTT)
  5. Lancer les conteneurs : docker-compose up -d

👉 Pour une passerelle clé-en-main fiable, Gateway OS est à privilégier. Pour un labo R&D, Docker est pertinent.

3. Montage matériel

Étapes détaillées :

  1. Fixe le HAT Elecrow sur les GPIO du Raspberry Pi 5. Vérifie qu’il est bien enfoncé, sinon le SPI ne sera pas reconnu.
  2. Insère le module LR1302 dans le slot mini-PCIe du HAT → pousse doucement jusqu’au clic.
  3. Visse le module pour qu’il ne bouge pas (important si tu utilises un boîtier industriel).
  4. Connecte l’antenne LoRa au connecteur U.FL/IPEX du module → manipule avec soin, c’est fragile.
  5. Monte le tout dans le boîtier Waveshare, qui assure à la fois la protection physique et le refroidissement.
  6. Branche l’alimentation USB-C 45W → indispensable, car le Pi 5 peut tirer beaucoup de courant.
image 14

💡 Bonnes pratiques :

  • Ne jamais allumer le Pi sans antenne branchée : risque d’endommager l’ampli RF.
  • Utilise des câbles courts et blindés si tu connectes l’antenne à distance.

4. Activer et vérifier l’interface SPI

Le LR1302 communique avec le Pi via SPI.

  1. Activer SPI : sudo raspi-config # Interface Options → SPI → Enable
  2. Redémarrer : sudo reboot
  3. Vérifier que l’interface est bien active : ls /dev/spidev*

👉 Attendu : /dev/spidev0.0

  1. Vérifier que le driver détecte le module : dmesg | grep spi

👉 Tu dois voir des logs indiquant que SPI0 est actif.

5. Configuration de ChirpStack Gateway Bridge

Die Gateway Bridge est le service qui fait l’interface entre :

  • le module LR1302 (via SPI),
  • und der Network Server (via MQTT).

Fichier de configuration (exemple)

Éditer :

sudo nano /etc/chirpstack-gateway-bridge/chirpstack-gateway-bridge.toml

Contenu typique :

[integration.mqtt]
# Adresse du broker MQTT
server="tcp://localhost:1883"

[backend]
# Utilisation du driver concentrateur SX1302
type="semtech-sx1302"

[backend.semtech_sx1302]
spi_device="/dev/spidev0.0"
reset_pin=17
lorawan_public=true
clksrc=0
antenna_gain=0

Explications des paramètres :

  • server : adresse du broker MQTT (ici Mosquitto local).
  • spi_device : l’interface SPI utilisée.
  • reset_pin : GPIO qui permet de resetter le LR1302.
  • lorawan_public : toujours true pour LoRaWAN.
  • clksrc : source d’horloge (0 = interne).
  • antenna_gain : gain de ton antenne (en dBi).

Redémarrer le service :

sudo systemctl restart chirpstack-gateway-bridge

Vérifier qu’il tourne :

sudo systemctl status chirpstack-gateway-bridge

6. Déclarer la passerelle dans ChirpStack

  1. Accéder à l’interface web : http://IP-de-ton-pi:8080.
  2. Aller dans Gateways → Add Gateway.
  3. Renseigner :
    • Gateway ID (EUI) → visible dans les logs de Gateway Bridge (journalctl -u chirpstack-gateway-bridge -f).
    • Nom → ex : gateway-pi5-lr1302.
    • Network Server → celui que tu utilises (local ou distant).
    • Localisation GPS → utile pour cartographier ta passerelle.

💡 Astuce : si tu déploies plusieurs passerelles, donne-leur des noms clairs (ex : agri-sud-2025, usine-nord-1).

image 19
image 21

7. Tests pratiques

Étape 1 : Lancer un nœud LoRaWAN

Exemple : un capteur température/humidité configuré en EU868.

Il faut le déclarer :

image 16

Étape 2 : Vérifier les logs de la passerelle

journalctl -u chirpstack-gateway-bridge -f

👉 Tu dois voir défiler les paquets uplink.

Étape 3 : Vérifier dans ChirpStack

Dans l’interface web :

  • Le statut de la passerelle doit être “Connected”.
  • Tu dois voir les paquets uplink arriver.
  • Tu peux configurer un device profile pour ton capteur (OTAA ou ABP).

Étape 4 : Vérifier un downlink

  • Envoie une commande depuis ChirpStack vers ton capteur.
  • Vérifie que le paquet est transmis et reçu.

8. Cas d’usages concrets d’une passerelle LoRaWAN

Une fois ta passerelle opérationnelle, le champ des possibles est immense. Voici un tour d’horizon des scénarios les plus fréquents, avec des détails sur l’architecture et les bénéfices.

Agriculture connectée

  • Exemples de capteurs : humidité du sol, température, pluviométrie, capteurs de niveau d’eau dans les cuves, suivi des bêtes.
  • Pourquoi LoRaWAN ? :
    • Longue portée idéale pour les grandes exploitations agricoles.
    • Les capteurs fonctionnent plusieurs années sans changement de piles.
  • Architecture typique :
    • Réseau de 10 à 50 capteurs → Passerelle Pi 5 + LR1302 → ChirpStack → Application cloud pour le monitoring.
  • Impact réel : irrigation optimisée, économie d’eau, réduction des intrants.

Industrie 4.0

  • Exemples de capteurs : vibration de machines, température de moteurs, détection de fuite de gaz, capteurs de pression.
  • Pourquoi LoRaWAN ? :
    • Déploiement rapide dans des zones où le Wi-Fi ou Ethernet est difficile.
    • Résistance aux environnements industriels (poussière, bruit RF).
  • Architecture typique :
    • Passerelle dans un coffret industriel → réseau Ethernet filaire → intégration avec un SCADA via MQTT.
  • Impact réel : maintenance prédictive, réduction des pannes, meilleure productivité.

Villes intelligentes

  • Exemples de capteurs : station météo urbaine, détecteurs de stationnement, suivi de la qualité de l’air, capteurs d’éclairage public.
  • Pourquoi LoRaWAN ? :
    • Couverture étendue d’une zone entière avec seulement quelques passerelles.
    • Interopérabilité entre différents services municipaux.
  • Architecture typique :
    • Plusieurs passerelles réparties sur la ville → ChirpStack centralisé → Applications verticales (mobilité, énergie, environnement).
  • Impact réel : meilleure gestion des ressources, optimisation des coûts publics, amélioration de la qualité de vie.

Domotique longue portée

  • Exemples de capteurs : ouverture/fermeture de portail, capteurs dans le jardin, arrosage connecté, monitoring de ruches.
  • Pourquoi LoRaWAN ? :
    • Permet de couvrir plusieurs hectares avec une seule passerelle domestique.
    • Pas besoin de répéteurs Wi-Fi ni de réseau cellulaire.
  • Architecture typique :
    • Passerelle Raspberry Pi 5 installée dans un grenier → antenne sur le toit → capteurs dans le jardin.
  • Impact réel : simplicité d’installation, autonomie totale des capteurs, monitoring à distance via smartphone.

👉 Comme tu vois, le même kit matériel (Raspberry Pi 5 + LR1302) peut répondre aussi bien à un usage perso qu’à un déploiement industriel. La différence, c’est l’échelle und die robustesse de l’infra logicielle.

9. Optimisations et bonnes pratiques

Une passerelle LoRaWAN peut fonctionner dès la configuration de base. Mais pour un usage pro ou en production, voici les optimisations à appliquer.

Antenne et positionnement

Choix de l’antenne

  • Domestique/jardin : antenne 2–3 dBi compacte, suffisante pour 500m – 2 km.
  • Industriel/agricole : antenne 5–8 dBi externe, meilleure portée mais attention aux zones d’ombre.
  • Rural/longue distance : antenne directionnelle (Yagi ou panneau) si les capteurs sont tous dans une direction précise.

Positionnement idéal

  • Installer l’antenne en hauteur (toit, poteau, mât).
  • Éviter les obstacles (murs béton, structures métalliques).
  • Utiliser un câble coaxial de qualité (type LMR-400) et le plus court possible pour réduire les pertes.

💡 Règle pro : chaque mètre de câble coaxial peut faire perdre 0,5 à 1 dB → limiter au maximum.

Stabile Ernährung

  • Utiliser une alimentation USB-C 45W officielle ou certifiée → évite les coupures sous forte charge.
  • Pour un usage industriel, prévoir une alimentation redondante (UPS, alimentation sur rail DIN).
  • Vérifier régulièrement la température du Pi 5 (via vcgencmd measure_temp).

Sécurité réseau

  • Sécuriser MQTT :
    • Activer TLS sur Mosquitto.
    • Utiliser des certificats client/serveur.
  • Séparer les VLAN : isoler la passerelle sur un sous-réseau dédié IoT.
  • Regelmäßige Updates :
    • sudo apt update && sudo apt upgrade -y
    • Vérifier les releases ChirpStack.
  • Pare-feu : limiter les ports ouverts au strict nécessaire (22 SSH, 8080 Web, 1883 MQTT).

Haute disponibilité et supervision

  • Logs et monitoring : utiliser journalctl et exporter les logs vers un serveur de supervision (Grafana/Prometheus).
  • Redondance : déployer deux passerelles dans les environnements critiques → si l’une tombe, l’autre prend le relais.
  • Watchdog : configurer un script qui redémarre automatiquement ChirpStack si un service tombe.

Sauvegardes et maintenance

  • Sauvegarder la carte microSD → faire un clone mensuel (via rpi-clone oder dd).
  • Prévoir une microSD de rechange avec l’image ChirpStack prête → remise en service rapide en cas de panne.
  • Surveiller l’usure des microSD (SMART monitoring si carte industrielle).

👉 Avec ces optimisations, ta passerelle n’est plus un simple projet maker, mais un vrai équipement de production, stable, sécurisé et évolutif.

10. Notre kit clé-en-main MONRASPBERRY

Monter une passerelle LoRaWAN est passionnant, mais tout le monde n’a pas envie de :

  • chercher les bons composants,
  • flasher la microSD,
  • configurer ChirpStack et le module LR1302 à la main,
  • vérifier la compatibilité matérielle.

👉 C’est pour cela que nous avons conçu un kit passerelle LoRaWAN ChirpStack prêt à l’emploi.

Inhalt des Sets

  • Raspberry Pi 5 – 4GB RAM : puissance et fiabilité pour gérer ChirpStack et des centaines de messages LoRa par minute.
  • Module concentrateur LR1302 (SX1302 + SX1250) : 8 canaux LoRaWAN, sensibilité jusqu’à -139 dBm, transmission jusqu’à 26 dBm.
  • HAT Elecrow compatible Raspberry Pi 5 : interface mini-PCIe + SPI optimisée.
  • Boîtier industriel Waveshare : robuste, ventilé et pensé pour des déploiements en environnements exigeants.
  • Alimentation USB-C 45W certifiée : stable, conçue pour supporter les pics de charge du Raspberry Pi 5.
  • Carte microSD Sandisk 32 Go vorinstalliert mit ChirpStack Gateway OS, déjà configuré pour le LR1302.

Fonctionnement plug-and-play

  1. Déballez le kit.
  2. Branchez l’alimentation et l’antenne LoRa.
  3. Connectez la passerelle à votre réseau (Ethernet ou Wi-Fi).
  4. Accédez à l’interface web ChirpStack → votre passerelle est déjà prête.

⏱️ Temps total de mise en service : moins de 10 minutes.

Avantages du kit MonRaspberry

  • Zeit sparen : pas besoin de flasher ou configurer manuellement.
  • Zuverlässigkeit : chaque kit est testé avant expédition.
  • Skalierbar : possibilité d’ajouter d’autres services IoT ou intégrations cloud.
  • Support inclus : aide à la prise en main et assistance en cas de problème.
  • Vielseitig : adapté aussi bien aux makers qu’aux professionnels en production.

Applications types avec notre kit

  • Déploiement rapide d’un réseau agricole (capteurs sol, météo, irrigation).
  • Mise en place d’une solution industrielle (surveillance de machines, maintenance prédictive).
  • Déploiement dans une ville intelligente (station météo, suivi parking, capteurs d’énergie).
  • Utilisation domestique avancée (capteurs maison/jardin, ruches connectées, arrosage intelligent).

Zusammenfassend

Unser Passerelle LoRaWAN ChirpStack Raspberry Pi 5 est :

  • prête à l’emploi,
  • optimisée matériellement et logiciellement,
  • pensée pour durer.

Que vous soyez maker curieux, startup IoT oder entreprise industrielle, vous bénéficiez d’une solution clé-en-main, fiable et évolutive.

Schlussfolgerung

Mettre en place une passerelle LoRaWAN professionnelle n’a jamais été aussi accessible. Grâce à la puissance du Raspberry Pi 5, au module concentrateur LR1302 et à la suite logicielle ChirpStack, il est possible de construire une solution robuste, performante et évolutive pour l’IoT.

Dans ce guide, nous avons vu :

  • Ce qu’est LoRaWAN et comment il fonctionne.
  • Le rôle essentiel de ChirpStack dans un réseau IoT.
  • Le montage matériel avec le Raspberry Pi 5 et le HAT Elecrow.
  • La configuration détaillée du Gateway Bridge et du serveur ChirpStack.
  • Les bonnes pratiques pour tester, sécuriser et optimiser votre passerelle.
  • Die cas d’usage concrets en agriculture, industrie, smart city et domotique.

👉 Avec ces connaissances, vous pouvez désormais créer, configurer et déployer votre propre passerelle LoRaWAN adaptée à vos besoins.

Et pour ceux qui souhaitent aller encore plus vite, sans s’embêter avec les étapes techniques :
notre kit clé-en-main MonRaspberry vous offre une solution plug-and-play, testée et prête pour la production.

Résultat : vous gagnez du temps, vous déployez plus vite, et vous avez l’assurance d’une solution fiable et évolutive.

Que vous soyez maker passionné, startup IoT oder entreprise industrielle, vous avez maintenant entre les mains toutes les clés pour connecter vos capteurs et bâtir votre propre réseau LoRaWAN.

Autor