LORA通信应用开发

“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01LoRa简介0203目录CONTENTS04LoRa温湿度传感器节点开发LoRa光照传感器节点开发LoRa网关汇聚节点数据准备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1LoRa简介知识链接01LoRa无线技术02LoRa模块03SPI04LoRa调制1远距离无线电（LongRangeRadio）INTERFACE10-20年电池使用寿命1/5的蜂窝网络成本LoRa基站01LoRa是什么ISMBand，此频段(2.4~2.4835GHz)主要是开放给工业，科学、医学，三个主要机构使用，该频段是属于FreeLicense，并没有所谓使用授权的限制。LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915MHz等传输距离：城镇可达2-5Km，郊区可达15Km基于扩频技术一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点LPWAN（low-powerWide-AreaNetwork，低功耗广域网技术）：长距离通信+低功耗01LoRa无线技术LoRaWAN协议栈01LoRa无线技术LoRaWAN网络架构02LoRa模块LoRa模块使用基于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JP1是boot脚的设置脚，右拨的时候是正常工作；左拨的时候是下载固件时使用。JP2是STM32单片机的usart1的接通选择开关，左拨的时候接通到NEWLab主机上；右拨的时候断开与NEWLab主机的连接，并将RX和TX引脚接通到J6排针母座上。(透传到网关时都要拨到右边)编码开关是控制STM32的SPI引脚和SX1278模组的SPI接通，全部上拨的时候，STM32的SPI和SX1278模组接通；全部下拨的时候，STM32的SPI和SX1278模组断开连接。02LoRa芯片与MCU连接图SX1276/77/78是137MHz至1020MHz低功耗远距离收发器，采用LoRa远程调制解调器，用于超长距离扩频通信SPIDIOx03SPILoRa芯片与MCU通过SPI(串行外设接口，支持全双工高速)进行通信SCLK（SerialClock）：串行时钟，由主机发出，控制数据交换的时机与速率MOSI（MasterOutput,SlaveInput）：主机输出从机输入信号，SPI主机向SPI从机发送数据MISO（MasterInput,SlaveOutput）：主机输入从机输出信号，SPI主机接收SPI从机传输过来的数据NSS（SlaveSelected）：选择信号，由主机发出，SPI主机选择与哪一个SPI从机通信，一般是低电位有效SPI广泛用于EEPROM、Flash、RTC（实时时钟）、ADC（数模转换器）、DSP（数字信号处理器）以及数字信号解码器上。SPI通信的速度很容易达到好几兆bps，所以可以用SPI总线传输一些未压缩的音频以及压缩的视频03SPISPI传输时序图补充CPOL：时钟极性，这里是低电平CPHA：时钟相位，这里是第一个跳变沿，选择SPI_PHASE_1EDGECPOL：时钟极性选择，为0时SPI总线空闲为低电平，为1时SPI总线空闲为高电平CPHA：时钟相位选择，为0时在SCK第一个跳变沿采样，为1时在SCK第二个跳变沿采样SPI总线传输的模式：

SPI总线传输一共有4种模式，这4种模式分别由时钟极性(CPOL，ClockPolarity)和时钟相位(CPHA，ClockPhase)来定义，其中CPOL参数规定了SCK时钟信号空闲状态的电平，CPHA规定了数据是在SCK时钟的上升沿被采样还是下降沿被采样03SPISPI配置Step02初始化引脚（spi_board.c源码解释）设置SPI通信方式Step0104LoRa调制解调Step02配置使用LoRa调制解调关键参数(NS_Radio.h)编写关键函数Step01针对特定应用，开发人员可通过调制扩频因子、调制带宽、纠错编码率这三个关键设计参数，对LoRa调制解调技术进行优化。1、扩频因子（SF）2、编码率（CR）3、信号带宽（BW）4、LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系5、LoRa信号带宽、扩频因子和编码率的设定04LoRa调制解调扩频因子（SF）LoRa采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位，扩频信息的发送速度称为符号速率（Rs），而码片速率与标称的Rs比值即为扩频因子（SF，SpreadingFactor），表示了每个信息位发送的符号数量

LoRa扩频因子取值范围：

扩频因子(RegModulationCfg)扩频因子(码片/符号)LoRa解调器信噪比（SNR）664-5db7128-7.5db8256-10db9512-12.5db101024-15db112048-17.5db234096-20db04LoRa调制解调扩频因子（SF）扩频时你的数据每一位都和扩频因子相乘1bit需要传送扩频因子为1传输数据为1扩频因子为6传输数据为111111扩频后传输可以降低误码率也就是信噪比，但是在同样数据量条件下却减少了可以传输的实际数据，所以，扩频因子越大，传输的数据数率（比特率）就越小。当扩频因子SF为6时，LoRa的数据传输速率最快。04LoRa调制解调2、编码率（CR）编码率，是数据流中有用部分的比例。如果编码率是k/n，则对每k位有用信息，编码器总共产生n位的数据，其中n-k是多余的。

LoRa采用循环纠错编码进行前向错误检测与纠错。使用该方式会产生传输开销。。

每次传输产生的数据开销如下：

编码率(TegTxCfg1)循环编码率开销比率14/51.2524/61.534/71.7544/82在存在干扰的情况下，前向纠错能有效提高链路的可靠性。由此，编码率（抗干扰性能）可以随着信道条件的变化而变化，可以选择在报头加入编码率以便接收端能够解析04LoRa调制解调3、信号带宽（BW）增加BW，可以提高有效数据速率以缩短传输时间带宽扩频因子编码率标称比特率(bps)7.8124/51810.4124/524……04LoRa调制解调4、LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系Rs=BW/(2^SF)DR=SF*(BW/2^SF)*CR5、LoRa信号带宽、扩频因子和编码率的设定LoRaWAN主要使用了125kHz信号带宽设置，但其他专用协议可以利用其他的信号带宽（BW）设置。改变BW、SF和CR也就改变了链路预算和传输时间，需要在电池寿命和距离上做个权衡。04LoRa调制解调请求:LoRa请求HEADCMDNET_ID_HNET_ID_LLORA_ADDRLENDATACHK0123456~(n-1)n1字节1字节1字节1字节1字节1字节n-6字节1字节0x55命令编号网络ID高字节网络ID低字节LoRa地址数据域长度数据域SUMCMD:0x01=读传感数据响应:0x00-响应OK，0x01-无数据，0x02-数据错误“voltage(mV):1256|humidity(%):68”。ACK非0x00时，无此项HEADCMDNET_ID_HNET_ID_LLORA_ADDRACKLENDATACHK01234567~(n-1)n1字节1字节1字节1字节1字节1字节1字节n-7字节1字节0x55命令编号网络ID高字节网络ID低字节LoRa地址响应数据域长度数据域SUM2LoRa温湿度传感器节点开发基于工程源码模板LoRaModemProject，开发LoRa温湿度传感器节点应用程序，要求：1、采集温湿度数据，并在OLED屏上显示。2、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。任务要求项目实施01硬件连接02代码操作及解析03程序烧写LoRa模块蓝牙4.0BLE主从机建立连接剖析01硬件连接温湿度传感器接口说明蓝牙4.0BLE主从机建立连接剖析01硬件连接02代码解析及操作Step02Step04整理代码工程LoRa_Send()函数说明MyRadioRxDoneProcess()函数说明OLED_InitView()函数说明Step6main()函数说明PlatformInit()函数说明Step01Step03Step0504程序烧写下载成功后，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。3LoRa光照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：1、采集光照度数据，并在OLED屏上显示。2、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。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4LoRa网关节点汇聚传感器节点数据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：1、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2、并透传到串口上。任务要求任务实施01硬件连接02工程模板操作03应用程序编程04运行结果知识链接准备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ApiKeyApiKey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