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SenseCAP Indicator - LoRa 应用开发

介绍

LoRa® 是一种长距离无线通信技术,专为在远距离传输少量数据而优化。它通过使用称为啁啾扩频(CSS)的方法在亚GHz频谱中调制无线电信号来工作。

Seeed Studio 的 SenseCAP Indicator(版本 D1L 和 D1Pro)包含内置的 LoRa 收发器模块(Semtech SX1262 LoRa® 芯片),使您的项目能够轻松添加低功耗无线连接。在这篇文章中,我们将介绍如何在两个 SenseCAP Indicator 板之间建立 LoRa 通信。

概述

这个演示展示了如何在 SenseCAP Indicator 和 XIAO 板之间建立基本的 LoRa 通信,使用 Wio-E5 作为中介。SenseCAP Indicator 从 XIAO 获取传感器数据,然后通过 Wio-E5 传输。传输的有效载荷随后被 SenseCAP Indicator 接收,解密并输出结果,并在其屏幕上显示数据。

无 LVGL 代码:代码 · GitHub

硬件

SenseCAP Indicator

从页面 深入了解硬件 中,我们可以看到 LoRa 收发器通过 SPI 接口连接到 ESP32-S3 MCU。

关键组件包括:

  • Semtech SX1262 射频前端
  • ESP32-S3 MCU

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

XIAO

此演示中的 XIAO 需要收集传感器数据并通过 Wio-E5 将其传输到 SenseCAP Indicator。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。

入门指南

此演示展示了如何为物联网连接设置本地 LoRa® 集线器。

先决条件

请按照说明设置开发环境。

步骤 1:下载演示代码

此链接克隆或下载演示代码。此代码将作为您的 LoRa 应用程序的起点。

步骤 2:实现有效载荷编码器(XIAO;Arduino)

步骤 2.1: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>

/** 载荷格式
* | 主题 | 数据长度 | 数据载荷 | 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)
typedef struct
{
enum topics topic; /*消息类型*/
uint8_t dataLength;
std::vector<uint8_t> data; /*载荷的实际数据*/
uint16_t crc;
} Frame_t;
String packFrame(Frame_t frame);
void deleteFrame(Frame_t *frame);
uint16_t crc16_ccitt(const uint8_t *data, size_t length);
#endif

步骤 2.2: 实现传感器数据结构并适配载荷编码器

#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设备。"
#endif

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

private:
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; // 传感器 SEN54 不支持 NOx
#endif
SensirionI2CSen5x _sen5x;
};
#endif // PAYLOAD_SEN5X_H

函数 toPayloadString 将把数据序列化为字符串,该字符串将通过 Wio-E5 发送到 SenseCAP Indicator。

步骤 2.3: 编译代码并上传到 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++ );
}
}

完成载荷后,现在我们将深入 SenseCAP Indicator 来编程载荷解码器。

步骤 3:实现载荷解码器(SenseCAP Indicator;ESP-IDF)

载荷解码器是一个将从 LoRa 收发器接收到的二进制载荷转换为人类可读格式的函数。载荷解码器特定于您的应用程序,必须由您实现。此演示的载荷解码器在演示代码中提供。

步骤 3.1:实现您的载荷解码器

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

/** 载荷格式
* | 主题 | 数据长度 | 数据载荷 | 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,
};
typedef struct
{
enum topics topic; /*消息类型或数据ID*/
uint8_t dataLength;
uint8_t *data; /*载荷的实际数据*/
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

步骤 3.2: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

步骤 3.3:配置 LoRa

设置 LoRa 参数

设置必要的 LoRa 参数,如频率、扩频因子和带宽。这些设置必须在两个 LoRa 通道之间匹配才能成功通信。

#define RF_FREQUENCY               868000000 // Hz
#define LORA_BANDWIDTH 0 // [0: 125 kHz, 1: 250 kHz, 2: 500 kHz, 3: Reserved]
#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 // Same for Tx and Rx
#define LORA_SYMBOL_TIMEOUT 5 // Symbols
#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 error" );
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 ); // Continuous Rx

步骤 3.4:编译代码并烧录到 SenseCAP Indicator

/**
* @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: Reserved]
#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 // Same for Tx and Rx
#define LORA_SYMBOL_TIMEOUT 5 // Symbols
#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 ); // Continuous Rx

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

步骤 4:测试通信

给两个 SenseCAP Indicator 开发板上电并打开串口监视器。您应该能看到两个开发板之间发送和接收的消息。恭喜!您已经成功使用 SenseCAP Indicator 建立了 LoRa 通信。

XIAO 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

Send payload successfully
Send data 1

SenseCAP Indicator 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(带有 LoRa 模块和 AT 命令)将传感器数据上传到 Indicator。

更多详细信息,请参阅 README 文件。

技术支持

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