物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的Lora是什么？一種Lora模組的使用推薦。

一 概述

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的快速發(fā)展，低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域的重要性日益凸顯。其中，LoRa（Long Range）技術(shù)憑借其獨(dú)特的擴(kuò)頻調(diào)制機(jī)制和超遠(yuǎn)傳輸距離，在智能城市、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域取得了顯著的應(yīng)用成果。本文將系統(tǒng)性地介紹LoRa技術(shù)的基本原理、核心特點(diǎn)、存在的缺點(diǎn)以及廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

LoRa全稱(chēng)（Long Range Radio）是基于Semtech公司開(kāi)發(fā)的一種低功耗局域網(wǎng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，其目的是為了解決功耗與傳輸難覆蓋距離的矛盾問(wèn)題。一般情況下，低功耗則傳輸距離近，高功耗則傳輸距離遠(yuǎn)，LoRa技術(shù)解決了在同樣的功耗條件下比其他無(wú)線方式傳播的距離更遠(yuǎn)的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離兩種兼顧的效果。

二LoRa技術(shù)原理

LoRa是一種基于 chirp spread spectrum (CSS) 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的無(wú)線通信方案，由美國(guó)Semtech公司開(kāi)發(fā)。其工作原理在于通過(guò)線性頻率調(diào)制（LFM）產(chǎn)生“啁啾”信號(hào)，每個(gè)數(shù)據(jù)包的載波頻率隨著時(shí)間線性變化。這種調(diào)制方式允許信號(hào)在強(qiáng)干擾環(huán)境下保持良好的穿透力與抗多徑衰落能力，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

LoRa技術(shù)采用先進(jìn)的前向糾錯(cuò)編碼（FEC）技術(shù)來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，即使在信?hào)強(qiáng)度較低的情況下也能保證一定的數(shù)據(jù)完整性。此外，它支持多種擴(kuò)頻因子選擇，以適應(yīng)不同的傳輸速率和距離需求。

三LoRa技術(shù)特點(diǎn)

● 長(zhǎng)距離通信：LoRa 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離的通信覆蓋，其通信范圍可以達(dá)到數(shù)公里到數(shù)十公里，非常適合于遠(yuǎn)距離物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、智能城市等。

● 低功耗（電池壽命長(zhǎng)）：LoRa 設(shè)備以及其通信協(xié)議被設(shè)計(jì)為低功耗的，所以 LoRa 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，即使是由電池供電的設(shè)備也可以有較長(zhǎng)的使用壽命。

● 廣域覆蓋：LoRa 網(wǎng)絡(luò)可以提供廣泛的覆蓋范圍，不僅覆蓋城市地區(qū)，也能夠較好地穿透障礙物，提供深度的室內(nèi)和地下覆蓋，適用于各種不同環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

● 抗干擾能力：LoRa 技術(shù)采用了頻率擴(kuò)散調(diào)制技術(shù)，使得其在頻繁干擾的環(huán)境中依然能夠保持穩(wěn)定的通信連接，從而提高了其在復(fù)雜電磁環(huán)境下的可靠性。

● 低成本：LoRa 技術(shù)的部署相對(duì)成本較低，設(shè)備價(jià)格低廉，且由于其長(zhǎng)距離通信能力，可以減少基礎(chǔ)設(shè)施的需求，從而降低了整體的部署成本。

● 開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)：LoRa 是一種開(kāi)放的通信標(biāo)準(zhǔn)，因此廠商和開(kāi)發(fā)者可以基于 LoRa 技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，極大的促進(jìn)了 LoRa 生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展和創(chuàng)新。

四LoRa技術(shù)的不足之處

數(shù)據(jù)傳輸速率：LoRa在傳輸距離上有突出表現(xiàn)，同樣犧牲了數(shù)據(jù)傳輸速率，通常在幾十至幾百kbps之間，不適合需要高速率傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景。

網(wǎng)絡(luò)可靠性：盡管LoRa網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之初考慮了穩(wěn)健性，但在高密度部署或復(fù)雜環(huán)境中仍可能面臨網(wǎng)絡(luò)擁塞、信號(hào)干擾等問(wèn)題。

標(biāo)準(zhǔn)化與兼容性：LoRa主要依托于私有協(xié)議LoRaWAN，雖然已在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，但相對(duì)于其他一些全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的通信技術(shù)還是有較大的差距的。

五 LoRa應(yīng)用場(chǎng)景

智慧城市：用于智能照明、環(huán)境監(jiān)測(cè)、停車(chē)管理等市政設(shè)施的數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程控制。

農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)：實(shí)現(xiàn)農(nóng)田土壤濕度、溫度、光照等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

資產(chǎn)追蹤：在物流和供應(yīng)鏈管理中，對(duì)貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和狀態(tài)跟蹤。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：為工廠自動(dòng)化提供無(wú)線監(jiān)控解決方案，如生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)。

總結(jié)而言，LoRa技術(shù)作為L(zhǎng)PWAN領(lǐng)域的關(guān)鍵推動(dòng)者之一，以其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)服務(wù)于眾多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，尤其在低速、低功耗、遠(yuǎn)距離通訊方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，面對(duì)快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)和技術(shù)演進(jìn)，LoRa還需不斷改進(jìn)和完善，以應(yīng)對(duì)更高的可靠性和安全性需求。

六 LoRa組件的使用

1 Gitee鏈接地址

Demo位于amaziot_bloom_os_sdksamplelibraries21.1_lora_rtx

Gitee源碼地址：https://gitee.com/ning./hongdou

Github源碼地址：https://github.com/ayumid/hongdou

編譯指令：.build.bat -l .amaziot_bloom_os_sdksamplelibraries21.1_lora_rtx

2 組件功能介紹

初始化Lora模塊。

3.26 Lora AM-HD-E-REV-06-020

3.25 Lora AM-HD-E-INIT-06-018

3 代碼講解

1 dev_lora_send

功能：該函數(shù)用于初始化lora模塊。

參數(shù)：

返回值：無(wú)

示例：

dev_lora_send("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", strlen("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"));

2 dev_lora_module_packet_init

功能：該函數(shù)用于，將發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寫(xiě)入Lora模塊寄存器。

參數(shù)：

返回值：無(wú)

示例：

dev_lora_module_packet_init(strlen("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"));

4 Demo實(shí)戰(zhàn)

4.1 概述

上電后，模組會(huì)一直等待其它lora模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)。

上電后，模組會(huì)每隔3s發(fā)送不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)

4.2 測(cè)試

測(cè)試步驟：

參考編譯教程，和文檔開(kāi)頭的編譯指令，進(jìn)行編譯

按照編譯教程選擇對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)

燒錄

4.3 宏定義介紹

sample_lora_rtx_uart_printf

輸出日志到DEBUG 串口，日志比較少，可以輸出到這個(gè)串口，如果日志比較多，需要輸出到usb口，以免不必要的問(wèn)題出現(xiàn)

sample_lora_rtx_catstudio_printf

輸出日志到USB 串口，使用catstudio查看，catstudio查看日志需要更新對(duì)應(yīng)版本mdb.txt文件，軟件打開(kāi)filtter過(guò)濾日志，只查看用戶(hù)輸出的日志

LORA_RTX_TASK_STACK_SIZE

?？臻g宏定義

4.4 全局變量介紹

lora_rtx_task_stack

任務(wù)?？臻g，本例使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)，用戶(hù)在做項(xiàng)目時(shí)，可以預(yù)先估算下當(dāng)先任務(wù)需要的大致?？臻g，OS沒(méi)有提供可以查看?？臻g使用情況的API

lora_rtx_task_ref

Lora任務(wù)指針

4.5 函數(shù)介紹

Phase1Inits_enter

底層初始化，本例空

Phase1Inits_exit

底層初始化，本例空

Phase2Inits_enter

底層初始化，本例空

Phase2Inits_exit

創(chuàng)建主任務(wù)

代碼片段：

int ret; ret = OSATaskCreate(&lora_rtx_task_ref, lora_rtx_task_stack, LORA_RTX_TASK_STACK_SIZE, 120, "lora_rtx_task", lora_rtx_task, NULL); ASSERT(ret == OS_SUCCESS); sample_lora_rtx_uart_printf("Phase2Inits_exitn");

_task

主任務(wù)，代碼發(fā)分為兩部分，一部分是發(fā)送不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)；另一部分是上電后等待其它模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，收到后打印到串口。

代碼片段：

while(1) { //這里實(shí)現(xiàn)了發(fā)送任意長(zhǎng)度的字節(jié)，可以使用另一個(gè)模塊來(lái)接收 // sample_gpio_sleep(3); // dev_lora_module_packet_init(strlen("1234567980")); // dev_lora_send("1234567980", strlen("1234567980")); // sample_gpio_sleep(3); // dev_lora_module_packet_init(strlen("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz")); // dev_lora_send("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", strlen("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz")); //這里實(shí)現(xiàn)了接收其它模塊發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù) status = OSAMsgQRecv(lora_data_msgq, (void *)&rcv_data, sizeof(LORA_RCV_DATA_MSG_T), OSA_SUSPEND); if (status == OS_SUCCESS) { if(NULL != rcv_data.data) { sample_lora_rtx_uart_printf("lora data len:%d %sn", rcv_data.len, rcv_data.data); free(rcv_data.data); rcv_data.data = NULL; } } }

4.6 固件

4.6.1 實(shí)現(xiàn)每隔3s發(fā)送不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)

點(diǎn)擊下載 Lora Demo固件

4.6.1 實(shí)現(xiàn)接收其它lora模塊的數(shù)據(jù)

點(diǎn)擊下載 Lora Demo固件

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審核編輯 黃宇