上课课件7 lora通信应用开发.pptx

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“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（LongRangeRadio,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-PowerWide-AreaNetwork，低功率广域网络）通信技术中的一种，是SEMTECH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2-5Km，郊区可达15Km工作频率：

ISM频段包括433、868、915MHz等。

标准：

IEEE802.15.4g。

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（SerialPeripheralInterfaceBus），是由摩托罗拉公司开发的高速全双工同步串行通信协议。

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,Step02,初始化引脚,设置SPI通信方式,Step01,04,LORA调制,Step02,配置关键参数,编写关键函数,Step01,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0x55；CMD：

命令字节，0x01=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0x55；CMD：

命令字节，0x01=读传感数据；NET_ID：

网络ID号，2字节；LORA_ADDR：

LoRa地址；ACK：

响应，0x00-响应OK，0x01-无数据，0x02-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0x00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0x00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,Step02,Step05,Step04,Step01新建目录，文件拷贝,移植实际操作,新建keilc工程,往keilc工程里增加代码文件,Keic工程配置,Step6,工程编译,Step03,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,温湿度传感器接口说明,01硬件连接,02,代码解析及操作,Step02,Step04,整理代码工程,LoRa_Send（）函数说明,MyRadioRxDoneProcess（）函数说明,OLED_InitView（）函数说明,Step6,main（）函数说明,PlatformInit（）函数说明,Step01,Step03,Step05,03,应用程序编程,Step02,代码添加,代码编译,Step01,04,程序烧写,温湿度传感器LoRa模块JP1往左拨,。

打开STMFlashLoaderDemo软件，在PortName下拉列表框中选择串口，点击NEXT命令按钮。

04,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,Step02,代码添加,代码编译,Step01,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LoRaModemSensorTempRhProject，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,Step02,代码添加,代码编译,Step01,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，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,