如何利用Wi-Fi HaLow让更远距离外的摄像头运行

最近，我需要在离家较远的地方安装一台监控摄像头，具体来说大约在300米外。可惜的是，虽然那里有电源，但无法物理布设网线，而且距离过远，Wi-Fi 连接也不可行。由于传输速度极低，LoRaWAN 也无法满足多媒体传输的需求。因此，在寻找解决方案的过程中，我了解到 Wi-Fi HaLow 技术。Wi-Fi HaLow 是专为物联网(IoT)设计的、具备长距离、低功耗特性的 Wi-Fi 版本。

它工作在1 GHz以下频段，可实现长达1公里的连接，并且比传统的2.4 GHz或5 GHz Wi-Fi 更好地穿透墙壁和障碍物。Wi-Fi HaLow 填补了传统 Wi-Fi 与 LoRaWAN 之间的空白——它比 Wi-Fi 提供更远的传输距离和更低的功耗，同时又能支持足够高速的 IP 通信、音频和视频传输，而这一点是 LoRaWAN 无法实现的。因此，我决定采购能够最好满足这些需求的硬件设备(摄像头和路由器)。

具体来说，我选择了 Elecrow 公司生产的 ThinkNode G4 Wi-Fi HaLow 网关和 ESP32 Wi-Fi HaLow 模块(带 2MP 摄像头)。ThinkNode G4 Wi-Fi HaLow 网关是一款专为物联网应用设计的长距离、高速无线通信设备，搭载高性能微控制器和先进的射频前端，支持双频设计，可同时兼容 Wi-Fi HaLow 和 2.4GHz Wi-Fi，并提供以太网接口，便于灵活集成到现有网络基础设施中。该产品还配备两个天线，一个用于 HaLow Wi-Fi，另一个用于标准 2.4GHz Wi-Fi，通过 USB-C 接口供电。ESP32 Wi-Fi HaLow 模块由多个部分组成：包含 ESP32-S3 微控制器的摄像头模块PCB、Wi-Fi HaLow 模块、TF 卡插槽以及一个 2MP 摄像头。在PCB的顶部有一个连接器，用于连接小型天线，该天线随套件一起包含在内，并配有USB数据线。此外，PCB上还设有Type-C接口，支持三重无线连接(Wi-Fi + 蓝牙 + Wi-Fi HaLow)以及小型天线。PCB上还配备了一个锂电池连接器，带有充电芯片和指示LED灯，同时有多个I/O端口，可用于连接各种外部设备和传感器。

接下来，我将重点解决本项目初期的核心任务：找到最简单的方法，使这个小型摄像头模块+网关能够正常运行，即实现视频信号通过最长1公里距离的无线传输。我们先开始设置网关。为此，需要将电脑的以太网卡设置为自动(DHCP)，也就是说，在TCP/IP属性中，应勾选“自动获取IP地址”选项。然后，我将网关通过LAN线连接到电源和电脑。按住CFG按钮3秒钟，等待绿色LED灯开始闪烁，这表示网关已进入配置模式。接着，我在网页浏览器中输入地址10.42.0.1。这样我就进入了配置网页界面。

为了便于演示，现在我将不输入密码，除非必要。在实际使用中，当然需要使用强密码进行保护。我们现在进入“选择向导”页面，需要选择“标准WiFi Halow”。

接下来再次输入密码，然后我们需要在“接入点”和“客户端”之间进行选择。我们选择“接入点”，然后点击“下一步”。

这里应为需要连接到此网关的设备(本例中是摄像头模块)所使用的名称和密码。

接着点击“下一步”，在上游网络显示界面中，需选择“无”。

在此模式下，网关会自行创建一个Halow网络，ESP32摄像头将连接到该网络。无需家庭路由器和互联网，非常适合初步测试。下一页是2.4GHz WiFi接入点(启用或禁用)，默认状态为禁用，我保留了这个设置，以防您不需要标准Wi-Fi。接下来点击“应用”，绿色LED灯应亮起，至此网关设置完成。通过这些设置，路由器将获得一个不同的静态IP地址，我们可以通过在CMD窗口中输入“ipconfig”来查看。

在我的情况下，该地址是192.168.12.1。现在，我们将该地址输入到网页浏览器中，然后登录，状态信息就会显示出来。

接下来，我们需要将Halo设备连接到这个接入点(AP)，也就是摄像头的Halo模块。然后是设置ESP32 WiFi Halo模块与摄像头：首先需要说明的是，该模块出厂时已预装了本示例所需的摄像头Web服务器固件。但如果我们连接该模块，会发现网关上的蓝色LED灯保持关闭状态，这意味着它尚未成功连接到网关。我们将在下文看到原因。

我使用USB线将设备连接到电脑。在设备管理器中，查看设备所连接的端口(在我的情况下是COM6)。接着打开Arduino IDE，选择COM6，然后启用串行监视器，波特率设为115200。

此时会出现一段较长的文本，显示摄像头正尝试以名称“ThinkNode-G4_2a94”和密码“elecrow.com”连接到网关。而之前我们在设置网关时看到，该名称与此不同。因此最简单的做法就是通过向导修改网关名称，并确认密码“elecrow.com”。完成此操作后，摄像头应能自动连接到网关。

在网页浏览器中输入地址 192.168.12.1，然后在菜单中选择“向导”，并点击“标准 WiFi Halow”。在此处将 SSID 更改为“ThinkNode-G4_2a94”，并输入密码“elecrow.com”。点击“下一步”后，再次选择“无”，接着继续下一步，再下一步，最后点击“应用”。

现在我为摄像头模块接通电源，短时间内网关上的蓝色“链接”指示灯应该会亮起。

这意味着摄像头已成功连接到网关。接下来只需在 Arduino IDE 中打开串口监视器，重置摄像头模块，并读取摄像头模块所获取的地址。在我的具体情况下，摄像头的地址是：192.168.12.195。

如果模块上安装了 SD 卡，可按下“保存图像到 SD 卡”来保存当前图像。在 Wi-Fi Halow 模块上，我安装了一个锂电池，可通过 USB-C 接口进行充电。

该模块上有充电指示灯、电源指示灯，中间是一个蓝色的数据指示灯，用于提示摄像头已连接到网关。我还加装了一根电线作为支撑，以便临时固定模块。现在，我将把摄像头放在距离大约二十到三十米远的地方进行测试。接下来，我会在距离70米处安装摄像头，摄像头与网关之间有多个障碍物，包括一座建筑物，以测试信号穿过多层墙壁的情况。以下是接收到的信号示意图。

最后，我将在距离网关300米的位置安装摄像头，并说明这次测试是在城市环境中进行的，摄像头与网关之间有大量建筑物、植被及其他障碍物。经过这些测试后，我在不同地点、不同配置和障碍条件下进行了多次实验。我可以告诉您，摄像头的传输距离取决于多种因素，包括距离、障碍物的数量和类型，以及网关的摆放位置。网关最好放置在高处，周围没有太多障碍物。要实现最远达1公里的视频传输，基本条件是摄像头和网关能够“看到”彼此，即两者之间没有障碍物。

最后简要总结一下。Wi-Fi HaLow 通过结合长距离、低功耗以及足够的带宽以实现实时视频流传输，成功弥合了传统Wi-Fi与LoRaWAN之间的差距。这项技术为下一代物联网和智能监控系统的发展提供了有力支持。

本文编译自hackster.io