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ArduinoSx1278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NSSRESTDIO0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

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