LORA通信應(yīng)用開發(fā)

“1+X”傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)LoRa通信應(yīng)用開發(fā)北京新大陸時代教育科技有限公司01LoRa簡介0203目錄CONTENTS04LoRa溫濕度傳感器節(jié)點開發(fā)LoRa光照傳感器節(jié)點開發(fā)LoRa網(wǎng)關(guān)匯聚節(jié)點數(shù)據(jù)準備NEWLab主機和配套12V電源、串口線，NEWLab主機接通12V電源，并用串口線連接好電腦和NEWLab主機，通訊旋鈕開關(guān)旋至通訊模式。NEWLab主機上各放置一塊LoRa模塊作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點。01硬件連接1LoRa簡介知識鏈接01LoRa無線技術(shù)02LoRa模塊03SPI04LoRa調(diào)制1遠距離無線電（LongRangeRadio）INTERFACE10-20年電池使用壽命1/5的蜂窩網(wǎng)絡(luò)成本LoRa基站01LoRa是什么ISMBand，此頻段(2.4~2.4835GHz)主要是開放給工業(yè)，科學(xué)、醫(yī)學(xué)，三個主要機構(gòu)使用，該頻段是屬于FreeLicense，并沒有所謂使用授權(quán)的限制。LoRa主要在ISM頻段運行，主要包括433、868、915MHz等傳輸距離：城鎮(zhèn)可達2-5Km，郊區(qū)可達15Km基于擴頻技術(shù)一個LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬個LoRa節(jié)點LPWAN（low-powerWide-AreaNetwork，低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)）：長距離通信+低功耗01LoRa無線技術(shù)LoRaWAN協(xié)議棧01LoRa無線技術(shù)LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)02LoRa模塊LoRa模塊使用基于SEMTECH射頻集成芯片SX127X的射頻模塊，是一款高性能物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)器JP1是boot腳的設(shè)置腳，右撥的時候是正常工作；左撥的時候是下載固件時使用。JP2是STM32單片機的usart1的接通選擇開關(guān)，左撥的時候接通到NEWLab主機上；右撥的時候斷開與NEWLab主機的連接，并將RX和TX引腳接通到J6排針母座上。(透傳到網(wǎng)關(guān)時都要撥到右邊)編碼開關(guān)是控制STM32的SPI引腳和SX1278模組的SPI接通，全部上撥的時候，STM32的SPI和SX1278模組接通；全部下?lián)艿臅r候，STM32的SPI和SX1278模組斷開連接。02LoRa芯片與MCU連接圖SX1276/77/78是137MHz至1020MHz低功耗遠距離收發(fā)器，采用LoRa遠程調(diào)制解調(diào)器，用于超長距離擴頻通信SPIDIOx03SPILoRa芯片與MCU通過SPI(串行外設(shè)接口，支持全雙工高速)進行通信SCLK（SerialClock）：串行時鐘，由主機發(fā)出，控制數(shù)據(jù)交換的時機與速率MOSI（MasterOutput,SlaveInput）：主機輸出從機輸入信號，SPI主機向SPI從機發(fā)送數(shù)據(jù)MISO（MasterInput,SlaveOutput）：主機輸入從機輸出信號，SPI主機接收SPI從機傳輸過來的數(shù)據(jù)NSS（SlaveSelected）：選擇信號，由主機發(fā)出，SPI主機選擇與哪一個SPI從機通信，一般是低電位有效SPI廣泛用于EEPROM、Flash、RTC（實時時鐘）、ADC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、DSP（數(shù)字信號處理器）以及數(shù)字信號解碼器上。SPI通信的速度很容易達到好幾兆bps，所以可以用SPI總線傳輸一些未壓縮的音頻以及壓縮的視頻03SPISPI傳輸時序圖補充CPOL：時鐘極性，這里是低電平CPHA：時鐘相位，這里是第一個跳變沿，選擇SPI_PHASE_1EDGECPOL：時鐘極性選擇，為0時SPI總線空閑為低電平，為1時SPI總線空閑為高電平CPHA：時鐘相位選擇，為0時在SCK第一個跳變沿采樣，為1時在SCK第二個跳變沿采樣SPI總線傳輸?shù)哪Ｊ剑?/p>

SPI總線傳輸一共有4種模式，這4種模式分別由時鐘極性(CPOL，ClockPolarity)和時鐘相位(CPHA，ClockPhase)來定義，其中CPOL參數(shù)規(guī)定了SCK時鐘信號空閑狀態(tài)的電平，CPHA規(guī)定了數(shù)據(jù)是在SCK時鐘的上升沿被采樣還是下降沿被采樣03SPISPI配置Step02初始化引腳（spi_board.c源碼解釋）設(shè)置SPI通信方式Step0104LoRa調(diào)制解調(diào)Step02配置使用LoRa調(diào)制解調(diào)關(guān)鍵參數(shù)(NS_Radio.h)編寫關(guān)鍵函數(shù)Step01針對特定應(yīng)用，開發(fā)人員可通過調(diào)制擴頻因子、調(diào)制帶寬、糾錯編碼率這三個關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，對LoRa調(diào)制解調(diào)技術(shù)進行優(yōu)化。1、擴頻因子（SF）2、編碼率（CR）3、信號帶寬（BW）4、LoRa信號帶寬BW、符號速率Rs和數(shù)據(jù)速率DR的關(guān)系5、LoRa信號帶寬、擴頻因子和編碼率的設(shè)定04LoRa調(diào)制解調(diào)擴頻因子（SF）LoRa采用多個信息碼片來代表有效負載信息的每個位，擴頻信息的發(fā)送速度稱為符號速率（Rs），而碼片速率與標稱的Rs比值即為擴頻因子（SF，SpreadingFactor），表示了每個信息位發(fā)送的符號數(shù)量

LoRa擴頻因子取值范圍：

擴頻因子(RegModulationCfg)擴頻因子(碼片/符號)LoRa解調(diào)器信噪比（SNR）664-5db7128-7.5db8256-10db9512-12.5db101024-15db112048-17.5db234096-20db04LoRa調(diào)制解調(diào)擴頻因子（SF）擴頻時你的數(shù)據(jù)每一位都和擴頻因子相乘1bit需要傳送擴頻因子為1傳輸數(shù)據(jù)為1擴頻因子為6傳輸數(shù)據(jù)為111111擴頻后傳輸可以降低誤碼率也就是信噪比，但是在同樣數(shù)據(jù)量條件下卻減少了可以傳輸?shù)膶嶋H數(shù)據(jù)，所以，擴頻因子越大，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)率（比特率）就越小。當(dāng)擴頻因子SF為6時，LoRa的數(shù)據(jù)傳輸速率最快。04LoRa調(diào)制解調(diào)2、編碼率（CR）編碼率，是數(shù)據(jù)流中有用部分的比例。如果編碼率是k/n，則對每k位有用信息，編碼器總共產(chǎn)生n位的數(shù)據(jù)，其中n-k是多余的。

LoRa采用循環(huán)糾錯編碼進行前向錯誤檢測與糾錯。使用該方式會產(chǎn)生傳輸開銷。。

每次傳輸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)開銷如下：

編碼率(TegTxCfg1)循環(huán)編碼率開銷比率14/51.2524/61.534/71.7544/82在存在干擾的情況下，前向糾錯能有效提高鏈路的可靠性。由此，編碼率（抗干擾性能）可以隨著信道條件的變化而變化，可以選擇在報頭加入編碼率以便接收端能夠解析04LoRa調(diào)制解調(diào)3、信號帶寬（BW）增加BW，可以提高有效數(shù)據(jù)速率以縮短傳輸時間帶寬擴頻因子編碼率標稱比特率(bps)7.8124/51810.4124/524……04LoRa調(diào)制解調(diào)4、LoRa信號帶寬BW、符號速率Rs和數(shù)據(jù)速率DR的關(guān)系Rs=BW/(2^SF)DR=SF*(BW/2^SF)*CR5、LoRa信號帶寬、擴頻因子和編碼率的設(shè)定LoRaWAN主要使用了125kHz信號帶寬設(shè)置，但其他專用協(xié)議可以利用其他的信號帶寬（BW）設(shè)置。改變BW、SF和CR也就改變了鏈路預(yù)算和傳輸時間，需要在電池壽命和距離上做個權(quán)衡。04LoRa調(diào)制解調(diào)請求:LoRa請求HEADCMDNET_ID_HNET_ID_LLORA_ADDRLENDATACHK0123456~(n-1)n1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)n-6字節(jié)1字節(jié)0x55命令編號網(wǎng)絡(luò)ID高字節(jié)網(wǎng)絡(luò)ID低字節(jié)LoRa地址數(shù)據(jù)域長度數(shù)據(jù)域SUMCMD:0x01=讀傳感數(shù)據(jù)響應(yīng):0x00-響應(yīng)OK，0x01-無數(shù)據(jù)，0x02-數(shù)據(jù)錯誤“voltage(mV):1256|humidity(%):68”。ACK非0x00時，無此項HEADCMDNET_ID_HNET_ID_LLORA_ADDRACKLENDATACHK01234567~(n-1)n1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)n-7字節(jié)1字節(jié)0x55命令編號網(wǎng)絡(luò)ID高字節(jié)網(wǎng)絡(luò)ID低字節(jié)LoRa地址響應(yīng)數(shù)據(jù)域長度數(shù)據(jù)域SUM2LoRa溫濕度傳感器節(jié)點開發(fā)基于工程源碼模板LoRaModemProject，開發(fā)LoRa溫濕度傳感器節(jié)點應(yīng)用程序，要求：1、采集溫濕度數(shù)據(jù)，并在OLED屏上顯示。2、當(dāng)收到網(wǎng)關(guān)讀取傳感數(shù)據(jù)的指令后，將傳感數(shù)據(jù)響應(yīng)給網(wǎng)關(guān)。任務(wù)要求項目實施01硬件連接02代碼操作及解析03程序燒寫LoRa模塊藍牙4.0BLE主從機建立連接剖析01硬件連接溫濕度傳感器接口說明藍牙4.0BLE主從機建立連接剖析01硬件連接02代碼解析及操作Step02Step04整理代碼工程LoRa_Send()函數(shù)說明MyRadioRxDoneProcess()函數(shù)說明OLED_InitView()函數(shù)說明Step6main()函數(shù)說明PlatformInit()函數(shù)說明Step01Step03Step0504程序燒寫下載成功后，將LoRa模塊的JP1往右撥，同時按一下復(fù)位鍵KEY1，溫濕度程序便開始運作了。3LoRa光照傳感器節(jié)點開發(fā)基于溫濕度傳感器節(jié)點的工程源碼LoRaModemSensorTempRhProject，開發(fā)LoRa光照傳感器節(jié)點應(yīng)用程序，要求：1、采集光照度數(shù)據(jù)，并在OLED屏上顯示。2、當(dāng)收到網(wǎng)關(guān)讀取傳感數(shù)據(jù)的指令后，將傳感數(shù)據(jù)響應(yīng)給網(wǎng)關(guān)。任務(wù)要求項目實施01硬件連接02工程模板操作03應(yīng)用程序編程04程序燒寫01硬件連接光照傳感器前面已經(jīng)完成了溫濕度傳感器節(jié)點的應(yīng)用開發(fā)，我們只需要在此工程的基礎(chǔ)上修改出光照傳感器節(jié)點應(yīng)用程序即可。復(fù)制工程源碼文件夾“LoRaModemSensorTempRhProject”為副本，并重命名為“LoRaModemSensorLightProject”。進入文件夾“LoRaModemSensorLightProject”，并打開該工程源碼02工程模板操作03應(yīng)用程序編程Step02代碼添加代碼編譯Step01程序燒寫過程同溫濕度傳感器節(jié)點。04程序燒寫4LoRa網(wǎng)關(guān)節(jié)點匯聚傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)基于溫濕度傳感器節(jié)點的工程源碼LoRaModemSensorTempRhProject，開發(fā)LoRa網(wǎng)關(guān)節(jié)點應(yīng)用程序，要求：1、網(wǎng)關(guān)輪流讀取溫濕度傳感器節(jié)點、光照傳感器節(jié)點的傳感器數(shù)據(jù)，將收到的傳感器數(shù)據(jù)在OLED屏上顯示2、并透傳到串口上。任務(wù)要求任務(wù)實施01硬件連接02工程模板操作03應(yīng)用程序編程04運行結(jié)果知識鏈接準備NEWLab主機和配套12V電源、串口線，NEWLab主機接通12V電源，并用串口線連接好電腦和NEWLab主機，通訊旋鈕開關(guān)旋至通訊模式。NEWLab主機上各放置一塊LoRa模塊作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點。01硬件連接我們在溫濕度傳感器節(jié)點應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上修改出網(wǎng)關(guān)節(jié)點應(yīng)用程序，復(fù)制工程源碼文件夾“LoRaModemSensorTempRhProject”為副本，并重命名為“LoRaModemCollectProject”。進入文件夾“LoRaModemCollectProject”，并打開該工程源碼02工程模板操作03應(yīng)用程序編程Step02代碼添加代碼編譯Step01程序燒寫過程同溫濕度傳感器節(jié)點。04運行結(jié)果上位機顯示傳感器數(shù)據(jù)。04運行結(jié)果將作為網(wǎng)關(guān)的LoRa模塊放置在NEWLab主機上，用導(dǎo)線連接LoRa模塊和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的RS485信號接口，網(wǎng)關(guān)連接如下圖所示硬件連接登錄云平臺后，先點擊“開發(fā)者中心”按鈕，然后點擊“新增項目”按鈕即可新建一個項目新建項目填入設(shè)備名稱：“園區(qū)環(huán)境監(jiān)測”、勾選通訊協(xié)議：“TCP”、設(shè)備標識：“LoRaxxxxx”，最后點擊“確定添加設(shè)備”添加設(shè)備記錄下設(shè)備ID、設(shè)備標識、傳輸密鑰，后續(xù)需要用到這三個參數(shù)設(shè)備管理界面確認ApiKey是否生成或有效，若未生成ApiKey，則按下圖生成ApiKeyApiKey生成登陸物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)管理界面192.168.14.200:8400配置物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)接入云平臺將