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SenseCAP 指示器 - LoRa 应用开发

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本文档由 AI 翻译。如您发现内容有误或有改进建议，欢迎通过页面下方的评论区，或在以下 Issue 页面中告诉我们：https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

简介​

LoRa® 是一种远距离无线通信技术，优化用于在远距离传输少量数据。它通过一种称为 Chirp Spread Spectrum (CSS) 的方法调制子 GHz 频段的无线电信号。

Seeed Studio 的 SenseCAP 指示器（版本 D1L 和 D1Pro）内置了 LoRa 收发模块（Semtech SX1262 LoRa® 芯片），使得为您的项目添加低功耗无线连接变得简单。在本文中，我们将介绍如何在两个 SenseCAP 指示器板之间设置 LoRa 通信。

概述​

此演示展示了如何在 SenseCAP 指示器和 XIAO 板之间通过 Wio-E5 作为中介建立基本的 LoRa 通信。SenseCAP 指示器从 XIAO 获取传感器数据，然后通过 Wio-E5 进行传输。传输的有效载荷随后由 SenseCAP 指示器接收，解码并输出结果，并在其屏幕上显示数据。

无 LVGL 代码：代码 · GitHub

硬件​

SenseCAP 指示器​

从页面 Dive_into_the_Hardware 可以看到，LoRa 收发器通过 SPI 接口连接到 ESP32-S3 MCU。

关键组件包括：

  • Semtech SX1262 无线前端
  • ESP32-S3 MCU

LoRa 收发器处理所有 LoRa 信号的低级调制和解调。我们可以通过 ESP32-S3 的 SPI 接口与其通信。

XIAO​

在此演示中，XIAO 用于收集传感器数据并通过 Wio-E5 将其传输到 SenseCAP 指示器。XIAO 通过 UART 接口连接到 Wio-E5。

  • XIAO
  • Wio-E5
  • SEN5x

软件​

由于 SenseCAP_Indicator_ESP32 SDK 已经提供了 LoRa 库，我们可以直接使用它。您可以快速查看页面 LoRa® 了解如何使用 LoRa 库。

入门​

此演示展示了如何设置本地 LoRa® 集线器以实现物联网连接。

前置条件​

请按照说明设置开发环境。

第 1 步：下载演示代码​

从此链接克隆或下载演示代码。此代码将作为您 LoRa 应用的起点。

第 2 步：实现有效载荷编码器（XIAO;Arduino）​

第 2.1 步：实现您的有效载荷结构和编码器​

#ifndef _FRAME_H
#define _FRAME_H
#include <Arduino.h>
#include <vector>

/** 有效载荷格式
* | 主题 | 数据长度 | 数据有效载荷 | CRC |
* | 1字节 | 1字节    | n 字节       | 2字节 |
* 示例:
* | 0x01 | 0x0E | 14 字节 | 2字节 | 用于 SEN54
* | 0x01 | 0x10 | 16 字节 | 2字节 | 用于 SEN55
*/

#pragma pack(1)
enum topics {
    TOPICS_MIN   = 0x00,
    TOPICS_SEN5x = 0x01,
    TOPIC_MAX,
};

#pragma pack(1)
/* 高亮开始 */
typedef struct
{
    enum topics topic;         /* 消息类型 */
    uint8_t dataLength;
    std::vector<uint8_t> data; /* 有效载荷的实际数据 */
    uint16_t crc;
} Frame_t;
/* 高亮结束 */
String packFrame(Frame_t frame);
void deleteFrame(Frame_t *frame);
uint16_t crc16_ccitt(const uint8_t *data, size_t length);
#endif

第 2.2 步：实现传感器数据结构并适配到有效载荷编码器​

#ifndef PAYLOAD_SEN5X_H
#define PAYLOAD_SEN5X_H
#include "Frame.h"
#include "SensorPayload.h"
#include <SensirionI2CSen5x.h>

#define DEVICE_SEN54

#if defined(DEVICE_SEN54)
#elif defined(DEVICE_SEN55)
#else
#error "请在编译器选项中定义一个设备。"
#endif

class PayloadSEN5x : public SensorPayload<SensirionI2CSen5x> {
  public:
    PayloadSEN5x(SensirionI2CSen5x handler);
    uint16_t init() override;
    String toPayloadString() override;

  private:
    uint16_t massConcentrationPm1p0; // PM1.0 质量浓度
    uint16_t massConcentrationPm2p5; // PM2.5 质量浓度
    uint16_t massConcentrationPm4p0; // PM4.0 质量浓度
    uint16_t massConcentrationPm10p0; // PM10 质量浓度
    int16_t ambientHumidity; // 环境湿度
    int16_t ambientTemperature; // 环境温度
    int16_t vocIndex; // 挥发性有机化合物指数
#ifdef DEVICE_SEN55
    // int16_t noxIndex; // 传感器 SEN54 不支持 NOx
#endif
    SensirionI2CSen5x _sen5x;
};
#endif // PAYLOAD_SEN5X_H

函数 toPayloadString 将数据序列化为字符串，并通过 Wio-E5 发送到 SenseCAP 指示器。

第 2.3 步：编译并上传代码到 XIAO​

#include "sensor_sen5x.h"
#include "wio_e5_at.h"
#include <Arduino.h>
#include <SensirionI2CSen5x.h>
#include <Wire.h>
SoftwareSerial serial_lora( D2, D3 );
Radio radio( serial_lora, RF_FREQUENCY, LORA_SF12, LORA_BW_125, 15, 15, 14, LORA_CRC_ON, LORA_IQ_NORMAL, LORA_PUBLIC_OFF );

SensirionI2CSen5x sen5x;
PayloadSEN5x payloadSEN5x( sen5x );

void setup() {
    delay( 2000 );
    wait_serial();
    Serial.println( "启动中..." );

    radio.begin();

    Wire.begin();
    payloadSEN5x.init();

    Serial.println( "应用程序开始" );
}

void loop() {
    static int count               = 0;
    static unsigned long task_time = 0;
    static String test_string;

    if ( millis() - task_time > 10000 ) {
        task_time   = millis();

        radio.sendPayload( payloadSEN5x.toPayloadString() );

        Serial.printf( "发送数据 %d\r\n", count++ );
    }
}

完成有效负载后，我们将深入 SenseCAP 指示器以编写有效负载解码器。

第 3 步：实现有效负载解码器（SenseCAP 指示器；ESP-IDF）​

有效负载解码器是一个将从 LoRa 收发器接收到的二进制有效负载转换为人类可读格式的函数。有效负载解码器是特定于您的应用程序的，必须由您实现。本演示的有效负载解码器已在演示代码中提供。

第 3.1 步：实现你的 Payload 解码器​

  #ifndef __SIMPLE_FRAME_H
  #define __SIMPLE_FRAME_H
  #include <stdint.h>
  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>

  /** payload 格式
  * | topic | dataLength | Data Payload | CRC |
  * | 1字节 | 1字节      | n 字节       | 2字节 |
  * 示例:
  * | 0x01 | 0x0E | 14 字节 | 2字节 | 对于 SEN54
  * | 0x01 | 0x10 | 16 字节 | 2字节 | 对于 SEN55
  */

  #pragma pack(1)
  enum topics {
      TOPICS_MIN   = 0x00,
      TOPICS_SEN5x = 0x01,
      TOPIC_MAX,
  };
  typedef struct
  {
      enum topics topic; /*消息类型或 DataId*/
      uint8_t dataLength;
      uint8_t *data;     /*payload 的实际数据*/
      uint16_t crc;
  } Frame_t;
  Frame_t *parsePayload( uint8_t *payload, uint8_t length );
  void deleteFrame( Frame_t *frame );
  uint16_t crc16_ccitt( const uint8_t *data, size_t length );
  #endif

第 3.2 步：实现传感器数据结构​

  #ifndef PAYLOAD_SEN5X_H
  #define PAYLOAD_SEN5X_H
  #include "SensorPayload.h"

  #define DEVICE_SEN54

  #if defined( DEVICE_SEN54 )
  #elif defined( DEVICE_SEN55 )
  #else
  #error "请在编译器选项中定义一个设备。"
  #endif
  #pragma pack(push, 1)
  typedef union {
      struct
      {
          uint16_t massConcentrationPm1p0;
          uint16_t massConcentrationPm2p5;
          uint16_t massConcentrationPm4p0;
          uint16_t massConcentrationPm10p0;
          int16_t  ambientHumidity;
          int16_t  ambientTemperature;
          int16_t  vocIndex;
  #ifdef DEVICE_SEN55
          int16_t noxIndex;
  #endif
      };

  #ifdef DEVICE_SEN55
      int16_t data[8];
  #else
      int16_t data[7];
  #endif
  } SEN5xData_t;
  #pragma pack(pop)
  void phraseSEN5xData( uint8_t *data_arry, SEN5xData_t *SEN5x );
  void prinSEN5xData( const SEN5xData_t *SEN5x );
  #endif // PAYLOAD_SEN5X_H

第 3.3 步：配置 LoRa​

设置 LoRa 参数​

设置必要的 LoRa 参数，例如频率、扩频因子和带宽。这些设置必须在两个 LoRa 通道之间匹配，以确保通信成功。

#define RF_FREQUENCY               868000000 // Hz
#define LORA_BANDWIDTH             0         // [0: 125 kHz, 1: 250 kHz, 2: 500 kHz, 3: 保留]
#define LORA_SPREADING_FACTOR      12        // [SF7..SF12]
#define LORA_CODINGRATE            1         // [1: 4/5, 2: 4/6, 3: 4/7, 4: 4/8]
#define LORA_PREAMBLE_LENGTH       15        // 发送和接收相同
#define LORA_SYMBOL_TIMEOUT        5         // 符号
#define LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON false
#define LORA_IQ_INVERSION_ON       false
设置 LoRa 收发器接收器​
void OnRxDone( uint8_t *payload, uint16_t size, int16_t rssi, int8_t snr )
{
    SEN5xData_t sen5x_data;
    Frame_t *frame = parsePayload( payload, size );
    if ( frame == NULL ) {
        ESP_LOGE( TAG, "parsePayload 错误" );
        return;
    }
    ESP_LOGI( TAG, "frame->type: %s", dataIDToString( frame->topic ) );

    switch ( frame->topic ) {
        case TOPICS_SEN5x:
            phraseSEN5xData( frame->data, &sen5x_data );
            break;
        default:
            break;
    }
    deleteFrame( frame );
}
初始化 LoRa 收发器​
RadioEvents.RxDone = OnRxDone;
Radio.Init( &RadioEvents );

Radio.SetChannel( RF_FREQUENCY );

Radio.SetRxConfig( MODEM_LORA, LORA_BANDWIDTH, LORA_SPREADING_FACTOR,
                    LORA_CODINGRATE, 0, LORA_PREAMBLE_LENGTH,
                    LORA_SYMBOL_TIMEOUT, LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON,
                    0, true, 0, 0, LORA_IQ_INVERSION_ON, true );
Radio.SetMaxPayloadLength( MODEM_LORA, 255 );

Radio.Rx( 0 ); // 连续接收模式

第 3.4 步：编译并烧录代码到 SenseCAP 指示器​

/**
 * @source: https://github.com/Seeed-Solution/indicator_lora_commu/blob/29624d10643a41ae5e1e24124b81e93b5e3cd3bb/Indicator/main/main.c
 */
#include "bsp_board.h"
#include "esp_log.h"
#include "frame.h"
#include "radio.h"
#include "sen5x.h"

static const char *TAG = "app_main";

#define VERSION "v0.0.1"

#define SENSECAP "\n\
   _____                      _________    ____         \n\
  / ___/___  ____  ________  / ____/   |  / __ \\       \n\
  \\__ \\/ _ \\/ __ \\/ ___/ _ \\/ /   / /| | / /_/ /   \n\
 ___/ /  __/ / / (__  )  __/ /___/ ___ |/ ____/         \n\
/____/\\___/_/ /_/____/\\___/\\____/_/  |_/_/           \n\
--------------------------------------------------------\n\
 Version: %s %s %s\n\
--------------------------------------------------------\n\
"

#define RF_FREQUENCY               868000000 // Hz
#define LORA_BANDWIDTH             0         // [0: 125 kHz, 1: 250 kHz, 2: 500 kHz, 3: 保留]
#define LORA_SPREADING_FACTOR      12        // [SF7..SF12]
#define LORA_CODINGRATE            1         // [1: 4/5, 2: 4/6, 3: 4/7, 4: 4/8]
#define LORA_PREAMBLE_LENGTH       15        // 发送和接收相同
#define LORA_SYMBOL_TIMEOUT        5         // 符号
#define LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON false
#define LORA_IQ_INVERSION_ON       false

static RadioEvents_t RadioEvents;

SEN5xData_t sen5x_data;

void OnRxDone( uint8_t *payload, uint16_t size, int16_t rssi, int8_t snr ) {
    int i = 0;
    ESP_LOGI( TAG, "rssi:%d dBm, snr:%d dB, len:%d, payload:", rssi, snr, size );
    for ( i = 0; i < size; i++ ) {
        printf( "0x%x ", payload[i] );
    }
    printf( "\n" );

    Frame_t *frame = parsePayload( payload, size );
    if ( frame == NULL ) {
        ESP_LOGE( TAG, "parsePayload error" );
        return;
    }
    ESP_LOGI( TAG, "frame->type: %s", dataIDToString( frame->topic ) );

    switch ( frame->topic ) {
        case TOPICS_SEN5x:
            phraseSEN5xData( frame->data, &sen5x_data );
            prinSEN5xData( &sen5x_data );
            break;

        default:
            break;
    }

    deleteFrame( frame );
}

void app_main( void ) {
    ESP_LOGI( "", SENSECAP, VERSION, __DATE__, __TIME__ );

    ESP_ERROR_CHECK( bsp_board_init() );

    ESP_LOGI( TAG, "APP MAIN START" );

    RadioEvents.RxDone = OnRxDone;
    Radio.Init( &RadioEvents );

    Radio.SetChannel( RF_FREQUENCY );

    Radio.SetRxConfig( MODEM_LORA, LORA_BANDWIDTH, LORA_SPREADING_FACTOR,
                       LORA_CODINGRATE, 0, LORA_PREAMBLE_LENGTH,
                       LORA_SYMBOL_TIMEOUT, LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON,
                       0, true, 0, 0, LORA_IQ_INVERSION_ON, true );
    Radio.SetMaxPayloadLength( MODEM_LORA, 255 );

    Radio.Rx( 0 ); // 连续接收模式

    while ( 1 ) {
        vTaskDelay( pdMS_TO_TICKS( 10000 ) );
    }
}

第 4 步：测试通信​

启动两个 SenseCAP 指示器板并打开串口监视器。您应该可以看到两个板之间发送和接收的消息。恭喜！您已经成功使用 SenseCAP 指示器设置了 LoRa 通信。

XIAO 的串口监视器
String: 76,80,81,81,5389,5990,980
0 4C 0 50 0 51 0 51 15 D 17 66 3 D4
CRC: 629
<<<AT+TEST=TXLRPKT,"010E004C005000510051150D176603D40629"
>>>+TEST: TX DONE
+TEST: TXLRPKT

发送载荷成功
发送数据 1
SenseCAP 指示器的串口监视器
I (95490) app_main: rssi:-22 dBm, snr:5 dB, len:18, payload:
0x1 0xe 0x0 0x4c 0x0 0x50 0x0 0x51 0x0 0x51 0x15 0xd 0x17 0x66 0x3 0xd4 0x6 0x29
W (95541) parsePayload: topic: 1
W (95541) parsePayload: dataLength: 14
W (95545) parsePayload: payload[0]: 00
W (95549) parsePayload: payload[1]: 4C
W (95554) parsePayload: payload[2]: 00
W (95558) parsePayload: payload[3]: 50
W (95563) parsePayload: payload[4]: 00
W (95567) parsePayload: payload[5]: 51
W (95572) parsePayload: payload[6]: 00
W (95576) parsePayload: payload[7]: 51
W (95580) parsePayload: payload[8]: 15
W (95585) parsePayload: payload[9]: 0D
W (95589) parsePayload: payload[10]: 17
W (95594) parsePayload: payload[11]: 66
W (95598) parsePayload: payload[12]: 03
W (95603) parsePayload: payload[13]: D4
I (95607) app_main: frame->type: SEN5X
I (95612) sen5x_: massConcentrationPm1p0: 76
I (95617) sen5x_: massConcentrationPm2p5: 80
I (95622) sen5x_: massConcentrationPm4p0: 81
I (95627) sen5x_: massConcentrationPm10p0: 81
I (95632) sen5x_: ambientHumidity: 5389
I (95636) sen5x_: ambientTemperature: 5990
I (95641) sen5x_: vocIndex: 980

资源​

名称 功能
蜂鸣器控制 接收字符串 "ON" 或 "OFF"，可以执行相应的功能
PingPong 在主设备和从设备之间建立乒乓通信模式。
多传感器数据上传 XIAOS3 收集数据并利用 Wio-E5（带 LoRa 模块和 AT 命令）将传感器数据上传到指示器。

有关更多详细信息，请参阅 README 文件。

技术支持​

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