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上课课件7 lora通信应用开发.pptx

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,

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