使用Arduino Nano驱动Lora模块

使用Arduino Nano驱动Lora模块

为什么选用Lora

射频通信芯片有很多种，但是一般在同样功耗下，距离没有Lora远;同等范围下，没有Lora节能。
Lora通信只适用于低速率，高延时的场合，与WiFi正好相反。

• 考虑在野外，没有移动通信网络覆盖的环境下，收集传感器数据，适合使用。
• 在设密度大，使用移动通信网络成本过高，使用Lora来统一收集数据，例如远程抄表。

Lora作为物联网的一种通信技术选型，正好是移动通信网络，WiFi的补充。

完整项目

我使用一个Arduino Nano 来驱动Lora模块，另外加了一个BMP085(I2C接口)气压传感器，一个光敏电阻，一个按钮。

使用PlantformIO平台开发。(比Arduino IDE好用很多)

实现功能有：

• 参考arduino-LoRa双向通行的自有简单协议;
• 获取传感器的温度，气压数据，光亮度;
• 获取供电电池电压;
• 定时通过Lora发送数据，按键强制发送一条数据;
• 使用链表缓存需要发送的内容，避免频繁发送时候影响数据接收；
• 接收Lora数据：
  • 指令led点亮灯2秒;
  • 指令ping，返回pong;

项目地址: https://github.com/formatkm/lora_node

Lora模块

• 串口模块
• SPI接口模块

一般串口模块连接相对简单，与其他无线模块AT指令不同（例如：蓝牙模块、GPRS模块）,还需要对GPIO口连接控制引脚完成状态配置操作，我想这个是因为需要比达到比较快的切换速度。

SPI口接口直接操作寄存器完成对芯片的操作和数据的发送接收。优点是可以自定义自己的通信协议，而且是要使用的是同种sx127X系列的芯片的模块都可以相互通信。

串口模块内部实际是有一个单片机控制Lora芯片，实现的自己的一套通信协议，一般同一个厂家的模块才可以互相通信。

基本概念

• RSSI:信号强度指示,用来判定链接质量,数字越大通信效果越好。

• SNR:信噪比,电平与噪声电平之比。数字越大通信效果越好。

• Preamble
  前导码用于保持接收机与输入的数据流同步。作用是提醒接收芯片，即将发送的是有效信号。

• Header
  可以通过操作模式，选择显示/隐式两种Header类型：在RegModemConfig1寄存器上，通过设定ImplicitHeaderModeOn选择

• 显式报头模式
  LoRa默认都为显式Header模式，在这种模式下，Header会包含Payload的相关信息，包括：

•   Payload长度（byte）
  

•   前向纠错编码率
  

•   是否使用CRC（16位）
  

• 隐式报头模式
  在特定情况下，如果Payload长度、编码率以及CRC为固定值或已知，则可以通过隐式Header模式来缩短发送时间。。该情况下 ，需要手动设置无线链路两端的Payload长度、错误编码率以及CRC。。。

• IQ signal:极性信号反转，用于标识上行，下行，避免多个节点间互相冲突，节点间不能互相通信

接线

按钮接到D3，使用中断引脚

• SPI接口

SCK  <----> D13
MISO <----> D12
MOSI <----> D11
NSS  <----> D10
REST <----> D09
DIO0 <----> D02 (中断)

• I2C

SDA  <----> A4
SCL  <----> A5

• 其他

LED  <----> D06
KEY  <----> D03
光敏  <----> A2

驱动程序代码

基于Arduino的Sx1278驱动有(测试使用顺序)：

• LoRaLib (已不在维护，使用RadioLib替代)
• RadioLib (支持多种无线芯片，更专业)
• arduino-LoRa (简单好用，封装配置)

最终选用的是arduino-LoRa,使用RadioLib 在实现双向通行上遇到问题(C++功力不够)。

arduino-LoRa最大的好处就是简化了很多芯片参数的配置，如果业余选手要配置好参数能够实现两个模块通信是个艰巨的挑战，这也是串口Lora模块的优势，不用去关心复杂的通信参数配置。

阅读arduino-LoRa代码，你会发现很多参数都有范围判断的默认值，如果设置超出范围也不会出错。

要实现模块连通，SPI接线基本不会有问题。最重要的是NSS、REST、DIO0这三个不能接错，对于Arduino板DIO0一定要接在有中断的引脚上。

DIO0也称IRQ引脚,在模块有数据接收，发送完毕后会有一个电平指示(高度单片机，要接受数据或者数据发送完毕)，所以必须接到中断引脚，普通GPIO脚速度达不到。

const int csPin = 7;          // 也就是NSS接口
const int resetPin = 6;       // reset引脚 
const int irqPin = 2;         // 必须是中断引脚，Arduino Nano只有2、3脚为中断

初始化模块

LoRa.setPins(csPin, resetPin, irqPin);// set NSS, reset, DIO0 pin

if (!LoRa.begin(433E6)) {             // 初始化使用频率 433 MHz
    Serial.println("LoRa init failed. Check your connections.");
    while (true);                       // 失败后停止执行
}

测试

使用arduino-LoRa的例子程序，如果接线正确，那么Arduino中烧入程序，会打赢出Sx1278的寄存器信息。

https://github.com/sandeepmistry/arduino-LoRa/blob/master/examples/LoRaDumpRegisters/LoRaDumpRegisters.ino

参考链接

• RSSI ：百度百科
• SNR信噪比: 百度百科
• LoRaPingPang系统设计-许新天的博客