LoRa節(jié)點、LoRa服務器和終端應用之間的數(shù)據(jù)傳輸

1、目標

通過本 LAT 實現(xiàn)一個從 LoRa 節(jié)點、LoRa 服務器、終端應用之間的數(shù)據(jù)或者命令的相互傳輸?shù)倪^程。

2. 實驗準備

為了實現(xiàn)上面目標，需要準備一些必要的軟件和硬件。軟件的安裝、硬件的介紹和STM32CUBEMX 工具的使用，在本 LAT 中不做介紹。

3.. 服務器端賬號和網(wǎng)關注冊

這里只是簡單描述，詳情請參考 UM2587，可以到 WWW.ST.COM 網(wǎng)站下載

3.1. 賬號注冊

首先，要在遠程服務器上注冊自己的賬戶，本實驗以 www.loriot.io 提供的免費服務器為例，創(chuàng)建自己的賬戶, 見圖 2。請注意，在注冊時選擇正確的服務器網(wǎng)站。在本實驗中，我們選擇了 Singapore 的服務器，網(wǎng)址是 ap1.loriot.io

3.2.配置網(wǎng)關

在成功正確的注冊完賬戶之后，我們需要在這個賬戶下注冊我們需要的網(wǎng)關。其中需要注意幾個方面：

?配置網(wǎng)關使用不同的頻段，在本實驗中我們使用的是 CN470,如果網(wǎng)關地址不是的CN470 的話，需要使用下面 AT 指令對網(wǎng)關設備進行修改：

AT+CH=CN470PREQUEL

AT+CH=0,471.5,A

AT+CH=1,471.7,A

AT+CH=2,472.9,A

AT+CH=3,472.1,A

AT+CH=4,472.3,B

AT+CH=5,472.5,B

AT+CH=6,472.7,B

AT+CH=7,472.9,B

AT+CH=8,OFF

AT+CH=9,OFF

?調(diào)整 LoRaWAN 服務器, MAC 地址, 網(wǎng)關的 EUI。在做實驗之前需要確認網(wǎng)關鏈接的網(wǎng)絡服務器和你注冊這個網(wǎng)關的服務器一致。本實驗中使用的是 Singapore，而缺省的是 EU1,所以要使用下面 AT 指令進行修改。

AT+PKTFWD=ap1.loriot.io,1780,1780

3.3.注冊網(wǎng)關和設備

? 注冊網(wǎng)關， 登錄注冊的賬戶后，可以看到下圖的 LORIOT 的 Dashboard。選擇“Register a new gateway”進行網(wǎng)關注冊，一般我們選擇基礎平臺為“PacketForwarder STM”，然后從我們網(wǎng)關設備的串口 log 拷貝 MAC 地址。

? 注冊設備，請注意這點需要用到后面的一些參數(shù)（device EUI, Join EUI, Applicationkey），所以剛開始實驗可以先跳過這里。請選擇[Loriot Dashboard]>[Application]>[SampleApp]>[Enroll Device]。然后按照步驟注冊。

? 在注冊完成后，[Loriot Dashboard]>[Application]>[SampleApp]>[output]拷貝外部應用訪問服務器的連接，后面的 cubemx 需要用到。

下面兩個范例分別為參考地為相鄰層 L2 和參考地為兩側(cè)共面加參考層 L2 的仿真結果，仿真的阻抗為

單端 50ohm。從結果可以看出增加兩側(cè)共面為參考層可以減小阻抗線的寬度。

下面的范例圖 8 為采用 L3 參考層為參考地時的仿真結果，與圖 7 相比，結果顯示由于參考地距離射

頻走線更遠，在保持共面地間距不變的情況下需要更寬的走線來達到同樣的 50ohm 阻抗。如果覺得阻

抗線的寬度不理想可以適當調(diào)整阻抗線與兩側(cè) GND 之間的間距。

圖 9 為差分 100ohm 阻抗線設置范例，可通過差分線之間的間距，差分線寬度，差分線與兩側(cè) GND

間距以及參考平面來調(diào)整阻抗。

4.設備搭建

在創(chuàng)建工程之前，下載最新的 STM32CUBEWL 軟件包、X-CUBE-MEMS1和 STM32CUBEMX 并安裝。

4.1. 創(chuàng)建工程

? 首先，打開 STM32CUBEMX，選擇從“Start my project from Example”生成工程，然后搜索 Keyword “LoRaWAN_End_Node”.

? 然后，雙擊選中的工程。并且選擇一個保存實驗工程的路徑。這個時候，我們就可以看到一個基本的 STM32CUBEMX 工程。

? 也可以直接從 STM32WL 的 Library 路徑下面，在下面路徑下，復制并粘貼工程文件STM32Cube_FW_WL_V x.x.xProjectsNUCLEO

WL55JCApplicationsLoRaWANLoRaWAN_End_Node , 然后重命名為LoRaWAN_End_Node_Sensor,最后打開工程文件里面的 STM32CUEMX 工程文件。

? 接著對工程做一些簡單的修改：

1. 配置頻段，缺省的頻段是歐洲頻段，本實驗使用的中國頻段 CN470.見圖 4.

2. 增加 sensor 的配置。

a) 選擇正確的 sensor 型號驅(qū)動軟件，使用溫度、濕度和壓力。見圖 5。

b) 使能訪問 sensor 板的 I2C2 外設，根據(jù) NUCLEO-WL55JC2 原理圖，

配置對應的 I2C 總線 GPIO 為 PA11 和 PA12,見圖 6。

c) 使能 senor 板，并且選擇正確的 i2c 驅(qū)動見圖 7.

d) 生成代碼。見圖 8

3. 代碼修改

(i) 添加宏定義，在 IAR 的“Option 設置->C/C++ Compiler->Preprocessor”的 “Define symbols”中添加 X_NUCLEO_IKS01A3”，見圖 9。

(ii) 找到 sys_sensors.h 使能 Sensor, 見圖 10.#define SENSOR_ENABLED 1

(iii) 在“l(fā)ora_app.c”的“SendTxData”函數(shù)中，修改 Lora 提取的上傳數(shù)據(jù)，見圖 11.

(iv) 為了更加容易加入網(wǎng)絡，將CN470_FIRST_RX1_CHANNEL 改為“( (uint32_t) 470300000 )”。

(v) 將 BSP_BUTTON_SWx_IT_PRIORITY 改為 15。

(vi)將由于有 sensor 讀取，所以關掉低功耗模式。

#define LOW_POWER_DISABLE 1

(vii)最后編譯運行,可以從串口 log 看到下面的運行信息，如圖 12，然后拷貝設

備信息（device EUI, Join EUI, Application key）繼續(xù)完成 3.3 對設備的注冊。

5.創(chuàng)建 STM32CubeMonitor 工程

通過創(chuàng)建一個 STM32CubeMonitor 工程，來顯示 sensor 的數(shù)據(jù)，從而達到終端數(shù)據(jù)的利用展示。

5.1. 創(chuàng)建一個新的 STM32CubeMonitor 工程。

1. 打開 STM32CubeMonitor, 單擊圖 12 的“+”圖標，創(chuàng)建一個 flow。

2. 雙擊默認 basic flow, 然后單擊“Delete”按鈕，見圖 13。

3. 修改 新 flow 的名字為自己想要的名字，這里改為STM32WL_Sensor_Dashboard，見圖 14。

4. 創(chuàng)建與 flow 關聯(lián)的 Dashboard, 見圖 15。

5. 創(chuàng)建關聯(lián)的 group 并且修改，將鼠標放置在新建 tab 上，選擇“+tab”添加 group ，并且通過選擇“edit”編輯需要的名字，這里設為

“STM32WL_Sensor_Dashboard”，見圖 16。

6. 用與步驟 5 相同的方式，修改 group 為“STM32WL_Sensor”

5.2. 添加需要的控件。

1. 從控件面板中拖拽需要的控件到 flow 中，從而實現(xiàn)需要顯示的功能。這里需要用到 2個 TEXT 控件來顯示文本信息；3 個 gauge 來顯示 sensor 數(shù)據(jù)；兩個 function 控件來，轉(zhuǎn)換 json 格式，一個 comment 來提示輸入；一個 websocket 輸入和一個websocket 輸出；一個 led 來顯示板子 LED 燈狀態(tài)，一個 switch 來個控制板子的LED 燈的顯示。見圖 17。

2. 逐個雙擊 flow 上的每個控件打開其屬性窗口，接著對逐個的參數(shù)進行修改，并將它關聯(lián)到“STM32WL_Sensor”group。

? 修改“comment”控件，修改名字為“Remind”在文本框內(nèi)添加一些提醒內(nèi)容，如“Edit the "Loriot Uplink" node with your LORIOT WebSocketToken；you will find your LORIOT WebSocket Token under Application ->SampleApp -> Output.”

? 修改其中一個“TEXT”控件，修改 Label 為“STM32WL_Sensor_Dashboard”；修改 Name 為 “Title”；選擇 group 為“STM32WL_Sensor”；size 設置 6x2，最后我們還再統(tǒng)一調(diào)整。在 layout 根據(jù)需要選擇顯示時的字體排列。

? 修改另外一個“TEXT”控件，修改 Label 為“LED”；修改 Name 為 “LED Status”；選擇 group 為“STM32WL_Sensor”；size 設置 1x1，在 layout 根據(jù)需要選擇顯示時的字體排列。

? 修改“Websocket in”控件，選擇 Type 為“connect on”；修改 Name 為“Loriot uplink”；添加 path 為前面提到的從服務器獲取的 link（見 3.3），

這個例程中用到為“wss://ap1.loriot.io/app?token=vnoGCAAAAA1hcDEubG9yaW90LmlvXyeT

wWbRSI-MCBQC04gzTg==”

? 修改“Websocket out ”控件，選擇 Type 為“Connect to”；修改 name 為“Loriot DownLink”，path 它會自動填充 websocket in 的路徑。

? 修改 “LED”控件，修改 Name 為 “LED”；選擇 group 為“STM32WL_Sensor”；size 設置 1x1;在“Colors for value of msg.payload”下，單擊“X”刪掉一個選項，并且點擊下拉箭頭將類型選為“number”，同時將 number 設為“1”，然后選擇一個你喜歡的顏色，意思是當收到數(shù)字為“1”時，顯示紅色。如圖 18.

? 修改 “json”控件，修改 Name 為 “json”，其它的默認就可以了。

? 修改一個 function 控件，修改名字為“Decode Sensor Parameter ”,這里我們需要寫一個函數(shù)來提取 sensor 數(shù)據(jù)，在“ON message”選項添加函數(shù)如圖 19：

if (msg.payload.cmd ==="tx") return ;

var LedState = {payload: parseInt("0x" + msg.payload.data.substring(0, 2))};

var Pressure = {payload: parseInt("0x" + msg.payload.data.substring(2, 6))};

var Temperature = {payload: parseInt("0x" + msg.payload.data.substring(6, 8))};

var Humidity = {payload: parseInt("0x" + msg.payload.data.substring(8, 12))};

return [ LedState,Pressure, Temperature, Humidity];

同時在“Setup”選項中設置輸出個數(shù)為 4；

? 修改“Switch”控件，修改 Label 為“LED ON/OFF”；修改 Name 為 “LED Switch”；選擇 group 為“STM32WL_Sensor”；size 設置為 3x1; 添加一個topic 域為“MessageTx_LED”，如圖 20.

? 修改另一個“function”控件，修改名字為“Encode LED Parameter ”,這里需要一個函數(shù)來提取 sensor 數(shù)據(jù)，在“ON message”選項添加函數(shù)如圖 21，請注意這里用了 Device EUI, 這里需要從節(jié)點設備的信息 log 中獲取。

? 修改“Gauge”控件，現(xiàn)在任意一個“Gauge”控件，雙擊設置屬性，選擇group為“STM32WL_Sensor”，size設置為4x3，Label為“Pressure”， range的 min 為“900”，max 為“1100”，如圖 22.

? 同理修改其它“Gauge”控件，選擇一個“Gauge”控件，雙擊設置屬性，選擇group 為“STM32WL_Sensor”，size 設置為 4x3，Label 為“Temperature”，range 的 min 為“0”，max 為“50”。

?修改“Gauge”控件，將最后一個“Gauge”控件，雙擊設置屬性，選擇group為“STM32WL_Sensor”，size設置為 4x3，Label為“Humidity”， range的 min 為“0”，max 為“100 “.

3. 修改完控件之后，我們需要將其所有的控件關聯(lián)在一起。將一個控件的節(jié)點拖拽到另外一個需要關聯(lián)的控件即可，如圖 23。這里要特別注意的是 decoder 的輸出函數(shù)的輸出值的順序必須跟你需要顯示的值一致，這里是按照“LedState,Pressure,Temperature, Humidity”順序，所以必須是 led 控件連接到最上面一個輸出口。

4. 按照之前 5.1.5 的方式再次選擇 Dashboard-》layout 對顯示界面進行布局。如圖 24。

圖中右側(cè)寬度是總的顯示寬度，長度自動根據(jù)顯示而設定的。單擊控件上的鎖定圖標，從而鎖定顯示，然后拖拽而改變大小，按住鼠標左鍵移動位置。在在適當調(diào)整之后，點擊 STM32CubeMonitor 右上角的“DEPLOY”部署工程,然后點擊“DASHBOARD”,顯示效果，如果不滿意，可以再次用前面的方式對界面多次布局，直到滿意為止。如圖 25。

5. 將網(wǎng)關通電確保接入外部網(wǎng)絡（Internet），然后 sensor 節(jié)點通電，確保節(jié)點加入LoRa 網(wǎng)絡，可以通過節(jié)點和網(wǎng)關的串口數(shù)據(jù)確認是否正確，在網(wǎng)關和節(jié)點工作正常后，點擊“DASHBOARD”按鈕，我們就可以看到圖 26 的效果。

文檔中所用到的工具及版本

? STM32CUBEMX 版本 6.3

? STM32CUBEMonitor 版本 1.3

? IAR 編譯器 版本 9.0

? X-CUBE-MEMS1 版本 9.0