LoRa溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序開發(fā)

LoRa溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)

應(yīng)用程序開發(fā)“1+x”傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)培訓(xùn)試講PPT—張波充電樁充電樁時(shí)間天氣預(yù)報(bào)廣告公共信息新聞?wù)獙?shí)時(shí)環(huán)境信息推送多種傳感器接入風(fēng)速風(fēng)向傳感器亮度傳感器溫度、濕度PM2.5環(huán)境噪聲傳感器廣告牌園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)園區(qū)以前主要依靠人工檢查，粗放式管理：工作人員頻繁檢查控制，耗時(shí)耗力；植物生長環(huán)境要求精細(xì)，人工經(jīng)驗(yàn)難以保障最佳環(huán)境；發(fā)生突發(fā)情況，不能及時(shí)處理，導(dǎo)致造成損失。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)走向POS，SmartHome,M2MBackhaul…Sensors,Meters,Tracking,Logistics,SmartParking,Smartagriculture…高速率GPRS/CDMA/MTC/eMTC3G/4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2020鏈接數(shù)量分布CCTV,eHealth，…中速率低速率NB-IOT，SigFox，

LoRaGPRS/CDMA退網(wǎng)前，eMTC難以有替代機(jī)會(huì)空白市場，由于缺乏針對(duì)性技術(shù)，沒有很好的的滿足高速率中速率低速率車載娛樂系統(tǒng)空間大市場機(jī)會(huì)新的無線技術(shù)將給物聯(lián)網(wǎng)帶來革命性變化LoRa、SigfoxIngenuWi-SUMWeightlessSatellitetechnologies其他廣域覆蓋網(wǎng)(非蜂窩的廣域覆蓋技術(shù))2G/3Gnetworks4GnetworksEC-GSM、NB-IoT、LTE-MLTE-V、5G移動(dòng)蜂窩通信(2G/3G/4G/5G)WiFi(802.11ah)Bluetooth，ZigBeeZwaveWirelessHARTThreadULE,DSRC無線局域/個(gè)域網(wǎng)(WLAN/WPANetc)“短距+網(wǎng)關(guān)”是諸多IoT業(yè)務(wù)應(yīng)用中的選擇多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之爭，兼容性問題低功率廣域覆蓋(LPWA)技術(shù)空間較大3GPP：EC-GSM，LTE-MTC，NB-IoT非標(biāo)：LoRA,Sigfox智能抄表/資產(chǎn)跟蹤/車聯(lián)網(wǎng)是運(yùn)營商物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要方向ApplicationAssetTrackingEnergyDataMgnt.SmartGrid&MeteringConnectedCabinetsTelematicsInsuranceApplicationFleetmanagementManagedconnectivityConnectedvehicleSmartutilitiesApplicationConsumerelectronicsEnergyIndustrialautomationSecurityTransport&logisticsVehicletelematicsApplicationServicemanagementTransportationConnectedmedicalAssermanagementRemotemonitoring智能抄表/資產(chǎn)跟蹤以及部分車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都是LPWA應(yīng)用(LowPowerWideArea,低功耗廣覆蓋)LPWA開啟低功率廣覆蓋物聯(lián)網(wǎng)市場1m100m10kmBluetoothZigBee…（短距覆蓋）WiFi（短距覆蓋）UMTS/LTE（高成本覆蓋）GSMLPWA（低功率廣覆蓋）

覆蓋100bps100kbps100Mbps速率物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不同定位高安全性高可靠性高速率低功耗高頻譜效率大覆蓋低成本低時(shí)延短距通信（WiFi等）NBIOT私有技術(shù)（LoRa等）技術(shù)對(duì)比技術(shù)制式網(wǎng)絡(luò)定位國際標(biāo)準(zhǔn)NBIOT可與現(xiàn)蜂窩網(wǎng)融合演進(jìn)的低成本電信級(jí)的高可靠性、高安全性廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)私有技術(shù)LoRa需獨(dú)立建網(wǎng)、無執(zhí)照波段的高風(fēng)險(xiǎn)局域網(wǎng)物聯(lián)技術(shù)Sigfox不適配國內(nèi)無執(zhí)照波段、由Sigfox建網(wǎng)與運(yùn)營商合作的高成本高風(fēng)險(xiǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LPWA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

LTE-MNB-IoTLoRaSigfox信道帶寬Cat1和Cat0全帶寬CatM1.4MHz200KHz7.8KHz-500kHz多種帶寬100Hz調(diào)制方式下行：OFDMA上行：SC-FDMA下行：OFDMA上行：SC-FDMALoRa（線性擴(kuò)頻調(diào)制）上行：DBPSK下行：GFSK峰值速率Cat1最大10MbpsCat0最大1MbpsCatM最大1Mbps下行68KbpsQPSK調(diào)制上行multi-tone

136Kbps

QPSK調(diào)制上行single-tone17Kbps37.5kbps上行：100bps下行：600bps典型容量50K100K2K~50K11.7K覆蓋距離Cat1/Cat0與LTE相同Cat-M覆蓋增強(qiáng)城區(qū)：1~8Km郊區(qū)：~25Km城區(qū)：2~5Km郊區(qū)：~15Km城區(qū)：3~10Km郊區(qū)：30~50Km電池壽命5-10年>10年>10年8-20年移動(dòng)性<120km/h<30km/h低速或靜止靜止成本10-15USD/Node<5USD/Node2-5USD/Node2-5USD/Node發(fā)射功率23dBm23dBm20dBm20dBm頻譜安全性授權(quán)頻段LTE牌照波段，有基于成熟的核心網(wǎng)認(rèn)證鑒權(quán)機(jī)制，安全性高授權(quán)頻段GUL牌照波段，有基于成熟的核心網(wǎng)認(rèn)證鑒權(quán)機(jī)制，安全性高無執(zhí)照波段，用戶認(rèn)證鑒權(quán)由應(yīng)用層完成，安全性低國內(nèi)無可用頻段，用戶認(rèn)證鑒權(quán)由應(yīng)用層完成，安全性低建網(wǎng)成本LTE頻譜和站點(diǎn)，成本低可復(fù)用LTE頻譜和站點(diǎn)，成本低獨(dú)立建設(shè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，成本投入大廣域網(wǎng)無線通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)無線通信技術(shù)提出了更高的要求，專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LPWAN(low-powerWide-AreaNetwork，低功耗廣域網(wǎng))也快速興起。LoRa與NB-IoT是最有發(fā)展前景的兩個(gè)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。NB-IoT和LoRa是LPWAN最具有代表性的兩種無線通信技術(shù)，具有不同的技術(shù)和商業(yè)特性，也是最有發(fā)展前景的兩個(gè)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。這兩種LPWAN技術(shù)都有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等特點(diǎn)，都適合低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，都在積極擴(kuò)建自己的生態(tài)系統(tǒng)。NB-IoT方案與LoRa方案對(duì)比分析：LoRa和NB-IoT同為低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，是當(dāng)前國內(nèi)主流的兩種技術(shù)流派（1）運(yùn)營模式（商業(yè)模式）NB是運(yùn)營商建網(wǎng)。是雙刃劍；是其優(yōu)勢(shì)所在，也是其劣勢(shì)所在。優(yōu)勢(shì)在于：運(yùn)營商代建網(wǎng)絡(luò)，業(yè)主不需要考慮基站部署；劣勢(shì)在于：（1）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量取決于運(yùn)營商，業(yè)主無法控制；

運(yùn)營商是面向全行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，如果出現(xiàn)信號(hào)盲區(qū)不可能為業(yè)主進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、信號(hào)補(bǔ)盲等。

（2）數(shù)據(jù)必須經(jīng)過運(yùn)營商，業(yè)主需要和運(yùn)營商對(duì)接獲取經(jīng)營數(shù)據(jù)；保密性存在問題，運(yùn)營數(shù)據(jù)不可控；對(duì)于有能力、有志于自主運(yùn)營、業(yè)務(wù)擴(kuò)展增值的業(yè)主來說是個(gè)障礙；LoRa是企業(yè)自建網(wǎng)。與NB運(yùn)營商建網(wǎng)的優(yōu)劣勢(shì)正好相反；優(yōu)勢(shì)在于：（1）業(yè)主可自主把控網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋可快速優(yōu)化補(bǔ)充；

（2）可自主運(yùn)營；運(yùn)營數(shù)據(jù)掌握在自己手中，根據(jù)業(yè)務(wù)需要擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)；劣勢(shì)在于：需要考慮LoRa基站的部署建設(shè)，更多地是表現(xiàn)在基站選址、供電，以及站址協(xié)調(diào)問題。（2）建設(shè)及運(yùn)營成本>>NB屬于運(yùn)營商建網(wǎng)，用戶需要承擔(dān)的是NB模組硬件成本+NB運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)租用成本。>>LoRa屬于自建網(wǎng)，用戶需要承擔(dān)LoRa模組成本+LoRa基站成本；從當(dāng)前的成本來說，盡管國家及運(yùn)營商有補(bǔ)貼政策，NB的模組硬件費(fèi)用、以及運(yùn)營成本都高，粗略估算NB的總成本大約比LoRa高20~30%。（3）模組功耗NB的功耗當(dāng)前比LoRa要高，但具體對(duì)比與終端數(shù)據(jù)接收及發(fā)射頻率有很大關(guān)系；高頻應(yīng)用對(duì)NB的功耗影響非常顯著，這與休眠/喚醒機(jī)制有很大關(guān)系，而LoRa則受此影響較少。如果是低頻采集，如一月一次，那么NB的功耗可保證數(shù)年使用壽命，完全可以支撐應(yīng)用；如果是較高頻采集，如一小時(shí)甚至半小時(shí)一次，預(yù)計(jì)NB的功耗將至少是LoRa的三倍以上；（4）覆蓋深度NB是面向公眾建的公用網(wǎng)絡(luò)，并且每臺(tái)NB基站的建設(shè)費(fèi)用可達(dá)數(shù)十萬；這意味著其覆蓋深度的目標(biāo)是保證大部分終端可用，對(duì)于少部分應(yīng)用終端不太可能去深度覆蓋。LoRa是私網(wǎng)，并且每臺(tái)LoRa基站的費(fèi)用只需幾千；這意味著其覆蓋深度可控，隨時(shí)可進(jìn)行補(bǔ)盲。（5）覆蓋地區(qū)；>>NB屬于運(yùn)營商建網(wǎng)，運(yùn)營商考慮其效益因素，會(huì)更多地考慮在人口密集區(qū)域，如一二三四線城市，尤其是市區(qū)人口密集區(qū)做重點(diǎn)覆蓋；那么在人口稀疏地區(qū)至少在當(dāng)前階段不是重點(diǎn)；>>LoRa做為私網(wǎng)建設(shè)，則不受此影響。應(yīng)用舉例（暫不考慮LoRa運(yùn)營情況）適合NB的應(yīng)用：（1）共享單車：分布廣，單位密度小，適合借助運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)；（2）智能抄表：業(yè)主對(duì)采集頻率不高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性沒有高要求的，又不想考慮自建基站；（3）積水/管網(wǎng)監(jiān)測(cè)：分布廣，單位密度??；（4）通用型可穿戴系列：終端分布在整個(gè)城區(qū)，適合借助運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)；（5）智能停車：地磁來感應(yīng)磁場變化從而進(jìn)行車輛出入車位的判斷，上下行的無線鏈路采用NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)，并與OneNET完成對(duì)接，支持5G聯(lián)創(chuàng)實(shí)驗(yàn)室的停車平臺(tái)應(yīng)用。適合LoRa的應(yīng)用（1）智能抄表：業(yè)主對(duì)采集頻率有高要求需要做數(shù)據(jù)分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性有高要求；（2）道路泊車檢測(cè)器：采集頻率較高，而對(duì)終端壽命又有一定要求；（3）野外郊區(qū)的，如礦業(yè)、采掘業(yè)、郊區(qū)重工業(yè)等；（4）區(qū)域集中型：如高校、普教、園區(qū)的用戶，想建設(shè)私網(wǎng)對(duì)自己的設(shè)施及應(yīng)用進(jìn)行管理。LoRa---關(guān)鍵特性和優(yōu)勢(shì)LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)部署情況目前LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界多地進(jìn)行試點(diǎn)或部署，34個(gè)公開聲明部署的網(wǎng)絡(luò)，至少150個(gè)在進(jìn)行的城市試點(diǎn)部署LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于LPWAN技術(shù)的無線通信端到端解決方案基于LPWAN技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)無線通信解決方案，滿足數(shù)據(jù)量在復(fù)雜環(huán)境中的超遠(yuǎn)距傳輸、大規(guī)模組網(wǎng)的需要，降低物聯(lián)網(wǎng)端對(duì)端成本。LoRa無線模塊4GLoRa網(wǎng)關(guān)LoRa低功耗廣域網(wǎng)智能終端LoRa無線模塊LoRa無線節(jié)點(diǎn)LoRa無線模塊主要功能特點(diǎn)支持超遠(yuǎn)距離傳輸，超遠(yuǎn)距離傳輸最高可達(dá)無遮擋15公里，市區(qū)8公里超低功耗待機(jī)可靈活的調(diào)整功率等級(jí)，適配傳輸中對(duì)于距離和速率的需求，支持多種休眠和待機(jī)模式LoRa拓?fù)浣M網(wǎng)方案應(yīng)用層傳輸層組網(wǎng)層深度覆蓋層LoRa網(wǎng)關(guān)MQTT云LoRa云LoRa模塊LoRa模塊LoRa模塊LoRa模塊LoRa模塊智能抄表農(nóng)業(yè)氣象環(huán)保監(jiān)控油田監(jiān)測(cè)智能交通智能停車LoRa應(yīng)用方案LoRa模塊LoRa模塊LoRa模塊LoRa模塊LoRa網(wǎng)關(guān)云管理平臺(tái)設(shè)置用電腦防火墻防火墻垃圾箱為保護(hù)園區(qū)環(huán)境，該系統(tǒng)選擇無線通信方式較為合適。任務(wù)：基于工程源碼模板LoRaModemProject，開發(fā)LoRa溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序要求：1、完成代碼添加、完善；2、燒寫程序；3、采集溫濕度數(shù)據(jù)，并在OLED屏上顯示。硬件連接編碼開關(guān)全向上撥：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(shí)候，STM32的SPI和SX1278模組接通；全部下?lián)艿臅r(shí)候，STM32的SPI和SX1278模組斷開連接。JP1、JP2全向左撥JP1是boot腳的設(shè)置腳，左撥的時(shí)候是正常工作；右撥的時(shí)候是下載固件時(shí)使用。JP2是STM32單片機(jī)的usart1的接通選擇開關(guān)，左撥的時(shí)候接通到主機(jī)上，用于上位機(jī)調(diào)試；右撥的時(shí)候斷開與主機(jī)的連接，并將RX和TX引腳接通到J6排針母座上。LoRa芯片與MCU通過SPI進(jìn)行通信。SPI（SerialPeripheralInterfaceBus），是由摩托羅拉公司開發(fā)的高速全雙工同步串行通信協(xié)議。SPI支持一主多從，這點(diǎn)類似于IIC，但是又與IIC選通從設(shè)備的方式不同，IIC是通過發(fā)送從機(jī)地址來選通從機(jī)，而SPI則是通過拉低連接到從機(jī)的NSS引腳對(duì)從機(jī)進(jìn)行選通的。SPI一般應(yīng)用由四個(gè)引腳組成（一主一從）：所以，SX1278要與STM32進(jìn)行通信,還需要對(duì)SPI進(jìn)行配置。SCLK（SerialClock）：串行時(shí)鐘，由主機(jī)發(fā)出，控制數(shù)據(jù)交換的時(shí)機(jī)與速率MOSI（MasterOutput,SlaveInput）：主機(jī)輸出從機(jī)輸入信號(hào)，SPI主機(jī)向SPI從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)MISO（MasterInput,SlaveOutput）：主機(jī)輸入從機(jī)輸出信號(hào)，SPI主機(jī)接收SPI從機(jī)傳輸過來的數(shù)據(jù)NSS（SlaveSelected）：選擇信號(hào)，由主機(jī)發(fā)出，SPI主機(jī)選擇與哪一個(gè)SPI從機(jī)通信，一般是低電位有效SPI廣泛用于EEPROM、Flash、RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）、ADC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）以及數(shù)字信號(hào)解碼器上。SPI通信的速度很容易達(dá)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SPI設(shè)置步驟：整理代碼工程：基于完成驅(qū)動(dòng)移植的工程模板上進(jìn)行操作，備份模板“LoRaModemProject”，修改副本文件為“LoRaModemSensorTempRhProject”，IDE打開工程文件后，關(guān)注一下幾個(gè)函數(shù)：LoRa_Send()：發(fā)送LoRa無線數(shù)據(jù)OLED_InitView()：設(shè)置OLED初始顯示內(nèi)容，調(diào)用hal_oled.c的接口函數(shù)，只支持英文，要顯示中文，需要用軟件工具取字模，再在OLED上顯示字模數(shù)據(jù)4.PlatformInit()：初始化硬件平臺(tái)，包括時(shí)鐘、OLED屏、SX1278等，系統(tǒng)其它部件初始化在此處添加、完善代碼，例如直接調(diào)用初始化函數(shù)對(duì)定時(shí)器、SPI、GPIO等進(jìn)行，也可以用STM32CubeMX自動(dòng)生成后，再將代碼添加到此處main():重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)接收網(wǎng)關(guān)命令的解析響應(yīng)、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)的采集，因此，增加兩個(gè)進(jìn)程函數(shù)，接收到數(shù)據(jù)后的解析響應(yīng)函數(shù)MyRadioRxDoneProcess()和傳感數(shù)據(jù)讀取函