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面向LoRa的物联网平台研讨

木马童年 2019-2-13 12:13 16 0

面向LoRade物联wangpingtai研讨作者未知 摘要:gai文面向LoRa的物联wang平台将平台分解为yonghujiedian终端LoRawangguan、LoRafuwu器、管理平台四个模块qi中chuan感器和chuan输jie点之jiantong过chuan口通讯传输数据 ...

面向LoRade物联wangpingtai研讨作者未知 摘要:gai文面向LoRa的物联wang平台将平台分解为yonghujiedian终端LoRawangguan、LoRafuwu器、管理平台四个模块qi中chuan感器和chuan输jie点之jiantong过chuan口通讯传输数据节点jieshou数据之后通过LoRa调zhifang式fa送给网guan服务器为所用shebei公司提供的远cheng服务器在PC端编xie数据读取窗口读取服务器上接shou的网关数据。最终duiLoRa物联网平台进行liaogongneng测shi和本neng测试。

关jian词:物联网;LoRa;短距离通讯

中图分lei号:TP393 文献标识码:A 文章编号:109-3044(201801-0075-03

1 概括

1.1 技neng的提出

2013年8月,Semtech公司向业界发布了一种新型的,基于1GHz以xia的超长距di功耗数据传输技能(简称LoRa)的芯片。其接受灵敏duda到了惊人的-148dbm,LoRashi由升特公司(Semtech)发布的一种专用于wu线电调制解调的技能,它与其taruFSK(频移键控)、GMSK(高斯最小频移键控)、BPSK(二进制相移键控)及其派sheng的调制fang案变成竞争关xi。

LoRa融he了数字扩频、数字xin号处理和前向纠错编码技能,yongyou前所未有的本能。ci前,惟有那些高等级的工业无线电通讯会融合这些技能,而随着LoRa的引入,嵌入式无线通讯领域的场合发生了彻底的改变。

1.2LoRa技能优势

LoRa技能最突出的两个优点便是长距离和低功耗。

LoRa技能的第一个优点便是传输距离长。在郊区环境下,LoRa技能的传输距离能够达到10~15km;在城市环境下,传输距离也能达到3~5km。这样的传输距离相比Wi-Fi、2G、3G、4G等要远很多。LoRa技能能有这么远的传输距离,得益于它事务的频率fan围对照低,频率低的信号波长较大,在城市中众多jian筑包围之下产生的衰落就对照小,所以传输距离远。

LoRa技能另一个优点便是低功耗。LoRa技能之所以可以低功耗,最初是因为其发射频率低,信号波长对照长,在传播过程中所产生的衰落对照小,因而能够选取低功率发射;其次,LoRa选取扩频技能,能使信号的抗多径、抗衰落能力对照强,所以对发射功率的要qiu不高;最终,为达到省电的目的, 业界广泛应用WOR(Wake on Radio) 方式―芯片周期xing地进入接收模式以判断有没有唤醒信号(比如前导),其他时间处于Sleep模式,通过对比,选取WOR方式能够使电chi寿命相比功耗同样不高的FSK调制提高3倍以上。

1.3 LoRa WAN1.0

LoRaWAN1.0是有LoRa联盟提出的LoRa技能规范,它定义了LoRa网luo的通讯协议和系统结构。通讯协议和系统结构对LoRa网络的节点电池寿命、网络容量、服务质量、平安性和服务的多样性有着重要影响。

如图1所示,LoRaWAN网络jia构是一个典型的星形拓扑结构,在这个网络架构中,LoRa网关是一个透ming的中继,连接前端终端设备和后端中央服务器。网关与服务器通过标准IP连接,而终端设备选取单跳与一个或多个网关通讯,所有的节点均是双向通讯。

LoRaWAN的终端设备服务于不同的应用,有着不同的要求。为了优化各类终端应用程序配置文件,LoRaWAN利用不同的设备类权衡网络下行通讯延迟与电池寿命。在抑制或执行器类型的应用程序,所述下行lian路通讯延迟是一个重要的因素。

2 面向LoRa的物联网平台设计

2.1 设计原ze

物联网平台的设计应该支持多种业务xu求,既要满足不同业务的共性需求,同时又可以支持不同业务的个性化需求。除此之外,平台的系统设计还应该遵循以下几个原则:平安性原则、实用性原则、标准性原则和可扩充性原则。

2.2 面向LoRa的物联网平台网络结构

如图2所示,整个LoRa物联网平台分为用hu节点终端、LoRa网关、LoRa服务器、管理平台四个模块。其中,用户节点终端由测试节点与数据采集传感器相连接,用户节点终端部署在教学楼、学生公寓及行政楼等分散的多个wei置,选取星型网络布局;LoRa网关放在网络中心机房内,用于接收测试节点发送的数据并转发至服务器;LoRa服务器选取设备商提供的远程yun服务器;管理平台通过登录远程云服务器获取LoRa网关的数据,并能通过平_向节点发送消息。

3 面向LoRa的物联网平台实xian

平台实现的用户终端模块由检测yi、测试节点和移动电源组成,用于测试LoRa网络覆盖质量,传输温度、湿度和空气质量数据,同时,用户也能够通过检测yi明白到节点wei置的温度、湿度和空气质量情况。

3.1 检测仪

检测仪上的各个传感器都是通过chuan口通讯传输数据,因而整个检测仪的数据选取串口方式传输,选取TTL-USB接口将检测仪连接到PC端,通过PC端的串口调试软件测试数据传输是fou正常。根据检测仪的说明书,检测仪上传的数据间ge为1秒,波特率9600,数据位8位,中断位1位,无校验位。

测试结果从串口调试软件串口数据接收获取,根据读取的数据,计suan如下:温度=28.0℃;湿度=31RH%;PM2.5=0μg/m3;PM10=0μg/m3;计算结果与检测仪屏幕显示结果完全相符。测试结果说明检测仪串口数据上传没有问题。

3.2 测试节点

测试节点为基于LoRa物联网平台中的重要局部,它的主要功能有:通过串口与检测仪通讯;OLED显示屏,可根据需要显示数据;通过编程中的逻辑批改,实现LoRaMAC、PHYMAC、低功耗三个模式直接的切huan;向LoRa网关发送上行数据;接收LoRa网关的下行数据;测试LoRa网络覆盖质量。

节点编程实现:

1) 串口驱动程序

其中核心代码如下:   串口初始化函数:void UART_Init(void)

该函数的作用为初始化串口设置,在对测试节点进行烧写编程时对串口的波特率、数据位数、有无中断位、有无校验位等参数进行设置,若想批改这些参数,需要对测试节点进行重新烧写。根据检测仪的串口参数需求,编写代码:

UartHandle.Instance = USARTx;

UartHandle.Init.BaudRate = 9600;

UartHandle.Init.WordLength = UART_WordLENGTH_8B;

UartHandle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;

UartHandle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;

UartHandle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;

UartHandle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;

串口发送函数的关键语句为:

uint16_t i = 0 ;

for(i = 0;i=' ')) //Determine whether illegal

{ if(x>(128-(size/2))){x=0;y+=size;}

if(y>(64-size)){y=x=0;OLED_Clear();}

OLED_ShowChar(x,y,*p,size,1);

x+=size/2;

p++;} }

3) LoRa频点、信道设置

测试节点支持LoRaMAC事务模式,LoRaMAC事务模式又分为LoRa调制和FSK调制两种,本次所建的LoRa物联网平台选取LoRa调制。实现LoRaMAC事务模式设置的程序写在app_oasl.c文件中,其核心代码如下:

//设置LoRaMAC事务模式(LoRa调制)

//设置信道1

g_macData.channels[0].Frequency = 779500000;//频点

//su率范围:((最高速率   step=0;

if(uart1_Rxcount==12)

……

for(uint8_t i=0;i

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