使用 XinaBox 构建 LoRa 无线监控系统的原型第二部分：发送数据

使用模块化电子平台，快速构建远程无线传感器系统的原型。

第 1 部分概述了我们的应用案例，并探讨了 LoRa 无线调制技术，论述该技术的应用优势，然后探讨部分可用的 XinaBox 硬件。

在本文中，我们将讨论如何对 CR02 模块或“☒芯片”——具有集成微控制器和无线电——进行编程，然后通过 LoRa 无线链路发送和接收数据。

设置

首先，我们需要通过 xBUS 连接器 (174-4977) 将 IP01 (174-3703) 编程器连接到 CR02 (174-3699) 。此外，我们还要连接合适的天线，比如调到 868MHz 频段的 SMA 鞭形天线 (054-2563) ，方能运行 LoRa 示例。

当然，如果我们要同时测试数据的发送和接收，实际上需要两套上述零件！

此外，我们还要安装 Arduino IDE 或者某些其他可以编程 Arduino 兼容板的软件。例如，使用 PlatformIO IDE 在理论上也可以达到目的。

我们将使用名为 RadioHead 的库，提供通过各种常用数据无线电发送和接收分组信息的功能，包括集成到我们正在使用的 CR02 芯片中的 RFM95W。目前，我们似乎需要使用 在 XinaBox GitHub 组织下托管的 RadioHead 叉。

有不同的方法在 Arduino IDE 中安装新库，但最简单的方法是下载 ZIP 归档文件，然后在 IDE 中选择 Sketch（草图）→ Include Library（包含库）→ Add .ZIP Library（添加 .ZIP 库）。

在 Tools（工具）→ Board（板）菜单下，我们需要选择“Arduino Pro 或 Pro Mini”，确保通过 Tools（工具）→ Port（端口）选择恰当的端口。在 Linux 下，IP01 应列举为 /dev/ttyUSB0（如果连接了另一个基于 FTDI 的设备，数字也许会更高）。

你好，世界

完成设置后，我们将讨论“你好，硬件世界”——LED 闪烁！

实际上，CR02 有一个三色 LED，因此所示的闪烁示例比 Arduino IDE 随附的 LED 略大，但是功能基本相同，每种颜色轮流闪烁，依次循环。请注意，在上传草图时，IP01 上的 LED 会在短时间内快速闪烁，如果没有，这就意味着存在硬件错误或端口权限问题。

现在，我们来探讨如何通过 LoRa 无线电来发送和接收数据。

LoRa 服务器

我们从“服务器”草图示例开始。首先，这包括无线模块使用的 RadioHead 库，然后定义一些常量，比如操作频率，和 CR02 一样使用 868MHz 频段。

#include <RH_RF95.h>

#define LED_BUILTIN 16

#define CR02_FREQUENCY 868.0

uint8_t tempdata[30];

接下来在 setup() 中，我们配置用于调试的 LED 引脚和串行端口，然后开始初始化无线电模块并配置其频率和传输功率。

void setup()
{
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

  Serial.begin(115200);

  if (!CR02.init()) {
    Serial.println("init failed");
  }
  // The default transmitter power is 13dBm, using PA_BOOST.
  // If you are using RFM95/96/97/98 modules which uses the PA_BOOST transmitter pin, then
  // you can set transmitter powers from 5 to 23 dBm:
  // Failure to do that will result in extremely low transmit powers.

  //CR02.setModemConfig(CR02.Bw31_25Cr48Sf512);
  CR02.setFrequency(CR02_FREQUENCY);
  CR02.setTxPower(23, false);
}

此外，还有一条注释行，允许设置链路带宽和 LoRa 扩频因子 (SF) 为非默认值。简而言之，扩频因子越大，链路预算就越多，因此范围越长，但代价是带宽减少，空中传输的时间更长。

就开发目的而言，默认的扩频因子是可以的，但这可以针对特定环境进行优化，结合频谱一起使用，以获得最佳的范围和能耗水平。一般来说，传输时间越短越好。然而，如果您想确保信息顺利发送出去，而带宽和电池寿命为次要要求时——例如，报警/警报系统——您可以始终使用最高的 SF。

关于如何使用 setModemConfig() 调用来配置 CR02 LoRa 无线电的详细说明，请参阅 RadioHead 文档。

现在，我们来讨论主循环。在这里，我们寻找一条传入的消息，在收到消息时，打开 LED，把消息连同收到的信号强度指示 (RSSI) 写出到串行端口，然后关闭 LED，最后发送回复。就是这么简单！

void loop()
{
  if (CR02.available())
  {
    // Should be a message for us now
    uint8_t buf[RH_RF95_MAX_MESSAGE_LEN];
    uint8_t len = sizeof(buf);
    if (CR02.recv(buf, &len))
    {
      digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
      Serial.print("got request: ");
      Serial.println((char*)buf);
      Serial.print("RSSI: ");
      Serial.println(CR02.lastRssi(), DEC);

      // Send a reply
      sprintf(tempdata, "%s", "Hello Client");
      CR02.send(tempdata, sizeof(tempdata));
      CR02.waitPacketSent();
      Serial.println("Sent a reply");
      digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    }
    else
    {
      Serial.println("recv failed");
    }
  }
}

LoRa 客户端

CRO2 客户端示例非常类似，如您所想，它将发送一条消息，然后等待响应。我们看一下它的主循环：

void loop()
{
  Serial.println("Sending to CR02_server");
  // Send a message to CR02_server

  sprintf(tempdata, "%s", "Hello Server");

  CR02.send(tempdata, sizeof(tempdata));

  CR02.waitPacketSent();
  // Now wait for a reply
  uint8_t buf[RH_RF95_MAX_MESSAGE_LEN];
  uint8_t len = sizeof(buf);

  if (CR02.waitAvailableTimeout(3000))
  {
    // Should be a reply message for us now
    if (CR02.recv(buf, &len))
    {
      digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
      Serial.print("got reply: ");
      Serial.println((char*)buf);
      Serial.print("RSSI: ");
      Serial.println(CR02.lastRssi(), DEC);
    }
    else
    {
      Serial.println("recv failed");
    }
  }
  else
  {
    Serial.println("No reply, is CR02_server running?");
  }
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(400);
}

您会再次发现，这非常简单，我们可以从服务器中将消息响应连同信号的 RSSI 一起打印出来。

更多高级选项

以上是简单示例，不提供加密/消息身份验证或任何类型的寻址。对于许多系统而言，这也许足够，但是如果需要更多高级功能，可以使用利用加密技术和提供可靠的数据报服务的 RadioHead 示例，包括简单的节点寻址支持。但是，这些示例还没有经过 CR02 的测试，可能需要进行一些修改。

下期预告

在本系列的下一篇文章中，我们会讨论将外围设备加入到机组中，并且无线监控系统将逐一完善。

— Andrew Back