柯大創客屋情報網: 快速開發LoRa通訊功能

作者：MakerPRO技術顧問／柯大

本篇延續上篇：【Acsip LoRa實作1】快速開發LoRa通訊功能－SPI介面篇

對於部份使用者可能較不熟悉SPI控制方式，可選擇群登具有MCU+LoRa晶片的模組，例如EK-AI1276XX或EK-1278XX系列，在本篇的實作測試中，我們將利用Arduino Nano MCU連接DHT11溫溼度感測器，以及PMS5003 PM2.5細懸浮粒子感測器偵測空氣品質；Arduino Nano再與具MCU款的EVK模組 EK-AI1276-401H連接，利用LoRa長距離低功耗的特性來傳送感測值資料，並以JSON格式傳送。

JSON 資料範例： { “PM25″:25,”Temp”:24.00,”Humi”:52} 。

整個系統架構圖如下：

以UART介面連接LoRa模組傳送、接收（以Ameba為LoRa Gateway ）架構圖

傳送端以Arduino Nano MCU與Acsip LoRa 系列EK-AI1276-401H模組利用 UART介面及3.3V連接，接線方式如下：

Arduino Nano與LoRa模組介面圖示

接收端以Realtek Ameba RTL8195 MCU與Acsip LoRa 系列EK-AI1276-401H模組利用 UART介面及3.3V連接，接線方式如下：

Arduino Nano與LoRa模組介面圖示

本實作的步驟如下：

以LoRa模組提供之UART分別連接Arduino Nano 及Ameba RTL8195開發板；
以模組提供的LoRa Command Set 設定Ameba板為MASTER 模式（LoraMode MASTER），Arduino Nano 為SLAVE 模式（LoraMode SLAVE）；
由MASTER自建Acsip 自訂的 AcsipLora-Net 網路協議下，MASTER 裝置邀請 SLAVE 裝置加入私有網（LoraJoinNode slveUUID）， MASTER及SLAVE端即可利用 LoraNodeData command 傳送資料給對方；
由Ameba 當MASTER 接收Arduino Nano SLAVE端定時傳送溫溼度感測器及PM2.5感測值資料，並以JSON格式傳送；
以Amebao做為LoRa Gayeway，利用內建WiFi功能將資料再分別以RESTful API或MQTT格式上傳ThingSpeak IoT平台及QNAP NAS MQTT Server ，並可再利用NAS Server 提供的Node-RED container 來接收以儀表板顯示數值及曲數。

GUI 模擬測試工具軟體：LoRa_Terminator

群登EK-AI12xx系列帶MCU的LoRa開發模組為了方便開發者測試LoRa模組，提供了Winows 作業系統下的GUI 模擬測試工具軟體：LoRa_Terminator，可利用此軟體內建的選單式Command Set測試模組及自組LoRa網傳送、接收功能。

GUI 模擬測試工具軟體：LoRa_Terminator

軟體內建的選單式Command Set

常用Command Set 如下：

1. LoraGetSystemMode

詢問目前整體系統運作在哪種模式。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功），InNormal 表運作在一般模式下，InProductVerification 表運作在產測模式，InPingPognTest 表運作在測試模式，InIdle 表運作在閒置模式。inTD

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

2. LoraGetMode

詢問目前 Lora 運作在哪種模式。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功），MASTER，表目前 Lora 運作在 MASTER 角色；SLAVE，表目前 Lora 運作在 SLAVE 角色。

（失敗） ERROR或是UNKNOW。

3. LoraGetPara

詢問目前 Lora 的運作參數。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）例如：

RFFrequency=915000000 BW=8 SF=6 RFOscillator=Crystal

ErrorCoding=1 RFPower=17 FreqHopOn=false HeaderStatus=Implicit CRC=ON

PreambleLength=12 PayloadLength=32 TxPacketTimeout=227 RxPacketTimeout=227，

表示 Lora 的完整運作參數值。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

4. LoraSystemMode

設定整個裝置系統的運作模式。

參數：需帶一個參數，有以下四種：inNormal-表示運作在一般模式；inPV-表示運作在生產驗證模式；inTD-表示運作在展示測試模式；inIdle-運作在閒置模式。

回傳值：

（成功）， OK ；（失敗），ERROR或是UNKNOW。

5. LoraMode

設定 Lora 裝置是運作在 Master 端或是 Slave 端。

參數：需帶一個參數，MASTER：表示 Lora 運作在 Master 端，SLAVE：表示 Lora 運作在 Slave 端。
回傳值：

（成功）， OK；（失敗） ERROR或是UNKNOW。

6. LoraJoinNode

在 Acsip 自訂的 AcsipLora-Net 網路協議下，MASTER 裝置邀請 SLAVE 裝置加入自身網域。

例如：LoraJoinNode 420024，表示邀請 Lora 位址是 420024 的 SLAVE 裝置加入網域。

參數：需帶一個參數，此參數為 SLAVE 裝置本身的 Lora 位址。
回傳值：

（成功），OK，表示此邀請連結事件建立成功。

（失敗） ERROR或是UNKNOW，表示此邀請連結事件建立失敗。

補充1：參數必須是一個 6 碼長度的位址，字元需為 0~9、A~F、a~f。

補充2：在事件執行完後，MASTER 與 SLAVE 各自都會自動回報是否成功的訊息，如下：

NodeAddr=420024 Join the AcsipLoraNet SUCCESSED!，表示成功加入網域。

若顯示NodeAddr=420024 Join the AcsipLoraNet FAILED!，則表示加入網域失敗。

7. LoraLeaveNode

在 Acsip 自訂的 AcsipLora-Net 網路協議下，MASTER 命令 SLAVE 裝置斷線、離開網域。

例如：LoraLeaveNode 420024，表示命令 Lora 位址是 420024 的 SLAVE 裝置斷線、離開網域。

參數：需帶一個參數，此參數為 SLAVE 裝置本身的 Lora 位址。
回傳值：

（成功）OK，表示此離線事件建立成功。

（失敗）ERROR或是UNKNOW，表示此離線事件建立失敗。

補充1：參數必須是一個 6 碼長度的位址，字元需為 0~9、A~F、a~f。

補充2：在事件執行完後，MASTER 與 SLAVE 各自都會自動回報是否成功的訊息，如下：

NodeAddr=420024 Leave the AcsipLoraNet SUCCESSED!，表示成功離線。

NodeAddr=420024 Leave the AcsipLoraNet FAILED!，表示離線失敗(一樣連線中)。

8. LoraSetNodePara

在 Acsip 自訂的 AcsipLora-Net 網路協議下，當 SLAVE 裝置連結上 MASTER 後，可以利用此指令

在 MASTER 端設定 SLAVE 的運作參數，設定 SLAVE 端的睡眠時間長度與裝置別名。

參數：可以帶一個參數，或帶二個參數，不然就是帶三個參數；在只帶一個參數時，參數一定是 Lora位址：在只帶二個參數時，第一個參數是 Lora 位址，第二個參數可以是睡眠時間長度(單位秒)或是裝置別名；在只帶三個參數時，第一個參數是 Lora 位址，第二個參數是睡眠時間長度(單位秒)，第三個參數為裝置別名。

回傳值：

（成功）OK，表示此指令運作成功。

（失敗）ERROR或是UNKNOW，表示此指令運作失敗。

補充1：此指令專屬 MASTER 執行。

補充2：裝置別名的資料輸入必須為 Base64 編碼格式。

補充3：裝置別名前後需使用””(雙引號)(只有此參數需使用雙引號)。

補充4：範例說明

Ex1: LoraSetNodePara 300057

Mean : Clear Lora SLAVE Node 300057’s Interval & Aliases.

Ex2: LoraSetNodePara 300057 20

Mean : Set Lora SLAVE Node 300057’s Interval=20.

Ex3: LoraSetNodePara 300057 0

Mean : Set Lora SLAVE Node 300057’s Interval=0.(Clear Interval)

Ex4: LoraSetNodePara 300057 “QAZW”

Mean : Set Lora SLAVE Node 300057’s Aliases= QAZW.

Ex5: LoraSetNodePara 300057 “”

Mean : Clear Lora SLAVE Node 300057’s Aliases.

Ex6: LoraSetNodePara 300057 10 “abcd”

Mean : Set Lora SLAVE Node 300057’s Interval=10 & Aliases= abcd.

9. LoraGetNodePara

在 Acsip 自訂的 AcsipLora-Net 網路協議下，下此指令可以查詢目前連結上 MASTER 端的SLAVE，其運作參數為何。

參數：需帶一個參數，參數為 Lora 位址。
回傳值：

（成功）最後會回傳 OK，表示此指令運作成功。回傳 OK 前會回傳一串結果，舉例：Node=420024 EVT=GetNode 222 qazwsxed，表示 Lora 位址 420024，其睡眠時間長度（單位秒）為 222 秒，裝置別名為 qazwsxed（Base64 編碼）。

（失敗）ERROR或是UNKNOW，表示此指令運作失敗。

補充1：此指令專屬 MASTER 執行。

補充2：別名的資料為 Base64 編碼格式。

10. LoraNodeData

在 Acsip 自訂的 AcsipLora-Net 網路協議下，MASTER 或 SLAVE 裝置欲傳資料給予對方。

參數：

MASTER 裝置，需帶二個參數，一個參數為 Lora 位址，另一參數為欲傳輸的資料。

SLAVE 裝置，只需帶一個參數，為欲傳輸的資料。

回傳值：

（成功）OK，表示此資料傳輸事件建立成功。

（失敗）ERROR或是UNKNOW，表示此資料傳輸事件建立失敗。

補充1：欲傳輸的資料輸入必須為 Base64 編碼格式。

補充2：在事件執行完後，MASTER 與 SLAVE 各自都會自動回報是否成功的訊息，且自動回報對方傳過來的資料，此時資料也是 Base64 編碼。

11. LoraListNodes

在 Acsip 自訂的 AcsipLora-Net 網路協議下，MASTER 目前網域連結了多少 SLAVE 裝置節點及其

Lora 位址。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）如下回傳 Nodes=1 420024 460057，表示目前有二個 SLAVE 節點連結中，且此兩節點的 Lora 位址為 420024 與 460057。

（失敗） ERROR或是UNKNOW，表示裝置目前狀態有誤，例如裝置是執行在 SLAVE 角色模式（此指令只可給 MASTER 角色使用）。

12. LoraGetGateWayAddr

在 Acsip 自訂的 AcsipLora-Net 網路協議下，SLAVE 裝置目前是連結到哪一個 MASTER。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）如下回傳 LoraGateWayAddr=460057，表示此 SLAVE 裝置連結到一個 Lora 位址為 460057 的 MASTER 裝置。

（失敗） ERROR或是UNKNOW，表示裝置目前狀態有誤，例如裝置是執行在 MASTER 角色模式（此指令只可給 SLAVE 角色使用）。

13. GetUUID

詢問裝置的通用唯一識別碼（UUID）。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）例如 UUID=464845343133511600460057，以上為裝置的UUID，長度是12位元組。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

14. GetFWVersion

詢問目前韌體的版本。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）例如 FirmwareVersion=0.5.160411，表目前韌體版本是 0.5.160411。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

15. LoraGetSNR

詢問目前 Lora 的 SNR 值。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）例如 SNR=0，單位 dB。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

16. LoraGetRSSI

詢問目前 Lora 的 RSSI 值。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）例如 RSSI=-45，單位 dBm。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

17. FactoryReset

設定裝置回復至出廠預設值。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）OK。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

18. LoraReset

重置 Lora IC。

參數：（不需帶參數）
回傳值：

（成功）OK。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

19. LoraPayloadLength

設定 Lora 封包的 Payload 長度。

參數：需帶一個參數，1~128，單位是 byte。
回傳值：

（成功）OK。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。

20. LoraPreambleLength

設定 Lora 封包的 Preamble 長度。

參數：需帶一個參數，6~ 65535，單位是 symbol。
回傳值：

（成功）OK。

（失敗）ERROR或是UNKNOW。其餘Command Set功能請參閱開發說明。

Arduino UART 控制LoRa 傳送、接收範例：

傳送Command Set ：

String sendLoRacmd(String cmd, unsigned int Dutytime){

String response = "";  // 接收LoRa回應值的變數

LoRa.print(cmd); // 送出LoRa命令到LoRa模組

unsigned long timeout = Dutytime + millis();

while (LoRa.available() || millis() < timeout) {

while(LoRa.available()) {

char c = LoRa.read(); // 接收LoRa傳入的字元

response += c;

}

}



//Serial.print(response);  // 顯示LoRa的回應

return (response);

}

接收資料：

String  GS_LoRa_Receive(unsigned int Dutytime)

{

unsigned long timeout = Dutytime + millis();

String response = "";  // 接收LoRa回應值的變數

while (LoRa.available() || millis() < timeout) {

while(LoRa.available()) {

char c = LoRa.read(); // 接收LoRa傳入的字元

response += c;

}

}

if (response == "") return("");

return(response);  // 顯示LoRa的回應

}

四、結論

目前市場上對於LoRa的應用開發可說是需求若渴，而群登所提出用SiP（System in Package）製程製造的LoRa Transceiver/Standalone模組解決方案，不只讓尺寸的微型化往前邁進一大步，並針對所研發的LoRa模組系列提供完整的SDK/HDK套件，且相容於LoRaWAN，讓用戶更容易實現各種應用開發。

Acsip以SiP技術開發微型化 LoRa模組，並提供完整的技術支援。（圖片來源：Acsip）

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2018年3月24日星期六