1、“1+X”传感网应用开发,LORA通信应用开发,北京新大陆时代教育科技有限公司,基础知识项目分析,LORA驱动移植,目录,CONTENTS,L发ORA温湿度传感器节点开,010203040506,LORA光照传感器节点开发LORA网关汇聚节点数据,基1础知识,知识链接,01,LORA无线 技术,02,LORA模块,03,SPI,04,LORA调制,01,LORA无线技术,什么是LORA,LoRa（Long Range Radio,远距离无线电）是一种基于扩频技术的远距离无线传 输技术，是LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网络）通信 技术中的一种，是S
2、EMTECH公司创建的 低功耗局域网无线标准。这一方案为用 户提供一种简单的能实现远距离、低功 耗无线通信手段。它最大特点就是在同 样的功耗条件下比其他无线方式传播的 距离更远，实现了低功耗和远距离的统 一，它在同样的功耗下比传统的无线射 频通信距离扩大3-5倍。,01,LORA无线技术,LORA的特性,传输距离：城镇可达2-5 Km，郊区可达15 Km工作频率：ISM 频段包括433、868、915 MHz等。标准：IEEE 802.15.4g。调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，SEMTECH公司私有专利技术。容量：一个LoRa网关可以连接
3、上千上万个LoRa 节点。电池寿命：长达10年。安全：AES128加密。传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距 离越长。,01LORA无线技术,LORAWAN协议栈,01LORA无线技术,LORAWAN网络架构,02,LORA模块,LORA模块使用 LSD4RF-2F717N30。LSD4RF-2F717N30是,基于SEMTECH射频 集成芯片SX127X的 射频模块，是一款 高性能物联网无线 收发器,LORA模块02,LORA芯片与mcu连接图,03,SPI,SPI是什么,SPI（Serial Peripheral Interface Bus），是由摩托罗拉公司 开发的高速全双工同步
4、串行通信协议。SPI支持一主多从，这点类似于I2C，但是又与I2C选通从设备的方式不同，I2C是通过发送从机地址来选通从机，而SPI则是通过拉低 连接到从机的NSS引脚对从机进行选通的。SPI一般应用 由四个引脚组成：SCLK（SerialClock）：串行时钟，由主机发出MOSI（MasterOutput,SlaveInput）：主机输出从机 输入信号，由主机发出MISO（MasterInput,SlaveOutput）：主机输入从机 输出信号，由从机发出NSS（SlaveSelected）：选择信号，由主机发出，一 般是低电位有效。,03SPI,SPI主从连接示意图,03,SPI,SPI传
5、输时序图,主机在通过MOSI数据线发送数据的同时，从机也会通过MISO将数据 传输给主机（收发同时进行）。数据通常先移出最高位，在时钟边 沿，主机和从机均移出一位，然后在传输线上输出给对方（改变数 据）。在下一个时钟沿，主从设备的接收器都从传输线接受该位，并设置为移位寄存器的新的最低有效位（采样数据）。在完成这样 一个移出-移入周期后，主机和从机就交换了寄存器中的一位，传输 可能会持续任意数量的时钟周期。传输完成后，主设备会停止时钟,03,SPI,SPI配置,Step 02,初始化引脚,设置SPI通信方式,Step 01,04,LORA调制,Step 02,配置关键参数,编写关键函数,Step
6、 01,请求命令结构HEAD+CMD+NET_ID+LORA_ADDR+LEN+DATA+CHK,LORA请求,LORA请求,HEAD：数据帧头，默认0 x55；CMD：命令字节，0 x01=读传感数据；NET_ID：网络ID号，2字节；LORA_ADDR：LoRa地址；LEN：数据域长度；DATA：数据域；CHK：校验和，从HEAD到CHK前一个字节的和，保 留低八位。,响应命令结构HEAD+CMD+NET_ID+LORA_ADDR+ACK+LEN+DATA+CHK,LORA响应,LORA响应,HEAD：数据帧头，默认0 x55；CMD：命令字节，0 x01=读传感数据；NET_ID：网络I
7、D号，2字节；LORA_ADDR：LoRa地址；ACK：响应，0 x00-响应OK，0 x01-无数据，0 x02-数据错误，其他预留；LEN：数据长度，指定数据域DATA有多少个字节。ACK非 0 x00时，无此项；DATA：数据域，传感器名称编码后面用“(单位)”来标注 单位，传感器名称编码和数值间用“:”隔开，每组传感数 据间用“|”隔开。例如“voltage(mV):1256|humidity(%):68”。ACK非0 x00时，无此 项；CHK：校验和，从HEAD到CHK前一个字节的和，保留低八,项2目分析,01,02,项目介 绍,方案设 计,01,项目介 绍,有方圆5平方公里的植物
8、园,以前是粗放式管理：工作人 员频繁检查控制，耗时耗力；植物生长环境要求精细，人工经验难以保障最佳环境；发生突发情况，不能 及时处理，导致造成损失。管委会想对园区的环境（温湿度、光照等）进行智能化监测，要求：保护环境，少施工；低成本，节约经费；先期实现点对点通信，能够在上位机查看数据，后 期升级为云平台系统。；,02,方案设 计,各种方案,方案一蓝牙：无线传输技术，理论上能够在最远 100 米 左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时 大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的 移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联 网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能 手机和智慧穿戴设备的
9、连结以及智慧家庭、车用 物联网等领域中。,02,方案设 计,各种方案,方案二 WiFi：无线局域网技术，最常见的是作为从网关 到连接互联网的路由器的链路，大多数Wi-Fi版本 工作在2.4GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。,02,方案设 计,各种方案,方案三,ZigBee：ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种 电子设备之间进行数据传输。目前ZigBee采用 2.4G高频传输，传输距离在几十米到2-3百米，受 环境影响很大。,02,方案设 计,各种方案,方案四NB-IoT：构建于蜂窝
10、网络，可直接部署于GSM网 络、UMTS网络或LTE网络。NB-IoT和蜂窝通信使 用1GHz以下的频段是授权的，需要收费。,02,方案设 计,各种方案,方案五 LoRa：远距离、低功耗无线通信技术，其典型范 围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决 于所处的位置和天线特性。典型工作频率在美国 是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz，免牌照。,结论：采用LoRa方案实施,LOR3A驱动移植,在LoRa园区环境监测文件夹下有“LoRa源码资源”和“LoRaMac-node-master”这两个文件。“LoRaMac-node-master”是LoRaWAN协议栈的终
11、端例程，“LoRa 源码资源”文件夹内的source文件夹内的源码都是 STM32L151的HAL库文件和基于原版LoRaWAN协议栈 修改而来的一些硬件驱动函数代码，这些代码和我们 的LoRa模块硬件适配。“LoRaMac-node-master”是LoRaWAN协议栈的终端例程，内部集成了SX1278的驱动函数和应用接口，我 们需要将SX1278的驱动程序移植和适配到我们的LoRa 模块上。移植成功后的工程源码，就是我们后续实验 操作的工程源码模板LoRaModemProject。,任务要求,Step 02,Step 05,Step 04,Step 01新建目录，文件拷贝,移植实际操作,新
12、建keilc工程,往keil c工程里增加代码文件,Kei c工程配置,Step 6,工程编译,Step 03,SX1278代码修改,LORA温湿4度发传感器节点开,基于工程源码模板 LoRaModemProject，开发LoRa温湿 度传感器节点应用程序，要求采集 温湿度数据，并在OLED屏上显示。当收到网关读取传感数据的指令后，将传感数据响应给网关。代码编 写调试完成后烧写到LoRa模块上，重新通电运行。,任务要求,项目实施,01,硬件连接,02,代码操作 及解析,03,应用程序 编程,04,程序烧写,LORA模块,01硬件连接,LORA模块上安装温湿度传感器,01硬件连接,温湿度传感器接
13、口说明,01硬件连接,02,代码解析及 操作,Step 02,Step 04,整理代码工程,LoRa_Send()函数说明,MyRadioRxDoneProcess()函数说明,OLED_InitView()函数说明,Step 6,main()函数说明,PlatformInit()函数说明,Step 01,Step 03,Step 05,03,应用程序 编程,Step 02,代码添加,代码编译,Step 01,04,程序烧写,温湿度 传感器 LoRa模 块JP1往左拨,。,打开STMFlashLoader Demo软件，在PortName下 拉列表框中选 择串口，点击 NEXT命令按钮。,04
14、,程序烧写,软件读到 硬件设备 后，点击 NEXT命令 按钮。,04,固件烧写,选择MCU型号为STM32L1_Cat1-128k，点击NEXT命令按钮。,04,固件烧写,选中Downloaddevice单选按 钮，选择 xxx.hex下载 程序对应的 路径，点击 NEXT命令按 钮。,04,固件烧写,等待30 秒左右 下载完 毕。,04,固件烧写,下载成功后,，将LoRa模 块的JP1往右 拨，同时按 一下复位键 KEY1，温湿 度程序便开 始运作了。,04,程序烧写,LORA光照5传感器节点开发,基于温湿度传感器节点的工程源码 LoRaModemSensorTempRhProject，开发
15、LoRa光照传感器节点应用程序，要求采集光照度数据，并在OLED 屏上显示。当收到网关读取传感数 据的指令后，将传感数据响应给网 关。代码编写调试完成后烧写到 LoRa模块上，重新通电运行。,任务要求,项目实施,01,硬件连接,02,工程模板 操作,03,应用程序 编程,04,程序烧写,01硬件连接,光照传感器,知识链接,01,硬件连接,用光照传感器时，双排针J2是插在双排针母座U3A上的，J2的第10脚是插在U3A的 第10脚，所以光照传感器的信号点ADC4和LoRa模块的信号点ADC0是同一个信号。用户要采集光照传感器的电压信号，就需要开启STM32L151的PC0的模数转换功能,前面已经
16、完成了温湿度传感器节点的应用开发，我们,只需要在此工程的基础上修改出光照传感器节点应用 程序即可。复制工程源码文件夹“LoRaModemSensorTempRhProject”为副本，并重命 名为“LoRaModemSensorLightProject”。进入文件夹“LoRaModemSensorLightProject”，并打开该工程源 码,02,工程模板操 作,03,应用程序 编程,Step 02,代码添加,代码编译,Step 01,程序烧写过程同温湿度传感器节点。,04,程序烧写,LORA网关节6节点点数汇据聚传感器,基于温湿度传感器节点的工程源 码 LoRaModemSensorTem
17、pRhProjec t，开发LoRa网关节点应用程序，要求网关轮流读取温湿度传感 器节点、光照传感器节点的传感 器数据，将收到的传感器数据在 OLED屏上显示，并透传到串口 上。最后烧写程序，通电运行。,任务要求,任务实施,01,硬件连接,02,工程模板 操作,03,04,应用程序运行结果 编程,知识链接,准备NEWLab主机和配套12V电源、串口线，NEWLab主机接通12V电源，并用串口线连接好电脑和 NEWLab主机，通讯旋钮开关旋至 通讯模式。NEWLab主机上各放置 一块LoRa模块作为网关节点。,01,硬件连接,我们在温湿度传感器节点应用程序的基础上修 改出网关节点应用程序，复制工
18、程源码文件夹“LoRaModemSensorTempRhProject”为副本，并重命名为“LoRaModemCollectProject”。进 入文件夹“LoRaModemCollectProject”，并打 开该工程源码,02,工程模板操 作,03,应用程序 编程,Step 02,代码添加,代码编译,Step 01,程序烧写过程同温湿度传感器节点。,04,运行结果,上位机 显示传 感器数 据。,04,运行结果,将作为网关的LoRa模块放置在NEWLab主机上，用导线连接 LoRa模块和物联网网关的RS485信号接口，网关连接如下图 所示,硬件连接,登录云平台 后，先点击“开发者中 心”按钮
19、，然后点击“新增项目”按钮即可新 建一个项目,新建项目,填入设备名称：“园区环境 监测”、勾选 通讯协议：“TCP”、设备 标识：“LoRaxxxxx”，最后点击“确定添加设备”,添加设备,记录下设备 ID、设备标 识、传输密 钥，后续需 要用到这三 个参数,设备管理界面,确认ApiKey 是否生成或 有效，若未 生成ApiKey，则按下图 生成ApiKey,ApiKey生成,登陆物联网网关系统管理界面 192.168.14.200:8400,配置物联网网关接入云平台,将前面记录的设备ID、设备标识、处传输密钥填入到下图 的标号至；物联网网关配置参数配置完毕，点击 设置按钮，物联网网关系统自动重启，20秒左右，系统初 始化完毕,配置物联网网关接入云平台,按下图 步骤，可让网页实时显示数据，查看数据上 传情况,配置实时数据开启,实现显示如下图所示，网页每间隔5秒刷新一次,实时数据,点击下图中所指位置可跳转到历史数据页面。,历史数据,知识点：LORA、LORAWAN、SPI总线等项目：LoRa通信应用开发任务：通过“园区环境监测”项目来分 任务实现LoRa传感节点的数据通过LoRa 网关上传到PC端,单元总结,THANKS北京新大陆时代教育科技有限公司,新大陆教育公众号,新大陆校企合作公众号,
