巧用LoRa无线网络 远距离采集温湿度

一. 采集系统意义

温湿度是自然界中和人类打交道最多的两个物理参数，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温湿度的采集或控制都十分频繁和重要，比如机房，变电站，粮仓，冷库，图书馆，博物馆，药厂等都需要监测环境的温湿度，而且，网络化远程采集温湿度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。

如果您购买锐米公司的LoRa终端和LoRa网关，可以快速搭建一个采集温湿度的物联网系统，该系统如下图所示，可以将温湿度采集到云服务器，通过智能手机查看。

快速搭建锐米物联网系统请链接：http://www.rimelink.com/nd.jsp?id=36&_np=105_315

如上图红色虚线框所示，为快速设计Demo系统硬件采用了RNDU470T和温湿度传感器SHT71，开发语言为ASNI C，开发环境为IAR for STM8(免费下载链接：http://www.rimelink.com/nd.jsp?id=33&_np=105_315)，为降低复杂度没有使用操作系统。

二. 硬件连接

采集系统硬件基于RNDU470T(锐米LoRa终端 www.rimelink.com)设计，它的引脚定义如下：

 

SHT71是SENSIRION公司(www.sensirion.com)的温湿度传感器，它的4针引脚定义如下：

Pin	1	2	3	4
Function	SCK	VDD	GND	DATA

 

采集系统硬件与SHT71连接如下图左所示，采集系统硬件与RNDU470T连接如下图右所示。

三. 采集系统逻辑

采集系统系统的主程序逻辑如上图所示，非常简洁，基于最简单的软件结构：while(1)无限循环。

经过实测：采集系统系统采集SHT71的12位湿度约用时62毫秒，采集14位温度约用时216毫秒。

采集系统系统采集的温湿度数据什么时候传输给RNDU470T合适呢？这个依赖于RNDU470T定时上报频率，如定时上报是5秒一次，那么采集系统系统每5秒传输一次温湿度数据最佳（即同步传输）。当然，用户可以提高采集密度（如1秒一次），进行自定义计算（如计算5次采集数据的平均值），再将数据传输给RNDU470T。

采集系统系统传输数据与RNDU470T上报温湿度数据时序图如下：

四. UART驱动时序

RNDU470T是超低功耗产品，它大部分时间都处于休眠状态，因此采集系统系统需要“唤醒”RNDU470T才能发送UART数据帧；同理，考虑采集系统系统也可能处于休眠状态，RNDU470T在发送UART数据帧也通过信号线“唤醒”用户系统。具体时序请查看《锐米LoRa终端说明书》http://www.rimelink.com/nd.jsp?id=38&_np=105_315。

如下图所示，当采集系统系统发送UART数据帧时，先置高P7引脚，然后启动UART端口发送序列，当发送结束时再拉低P7引脚；置高P7引脚（T0时刻）与启动UART端口发送（T1时刻）有一个延时Tx prepare time，它的最小值为100微秒。

五. UART通信帧解析算法

RNDU470T的UART通信帧格式如下图所示，它是变长数据帧，帧具体的定义请参考《锐米LoRa终端说明书》。

为简化系统设计，我们强烈建议您采用“状态机”来解析该UART数据帧，并且把解析工作放在ISR（中断服务程序）完成，仅当接收到最后一个字节（0x0D）时，再将整个数据帧提交给进程（Demo系统为main程序）处理。

该解析状态机的原理如下图所示：

六. 代码与工程

整个工程文件如下图所示：

main.c：采集系统系统的整体逻辑代码；

SHT7x.c/.h：SHT71驱动代码；

stm8l15x_it.c/.h：MCU中断服务程序注册文件

timer.c/.h：定时器驱动代码；

uart.c/.h：UART驱动代码。

Project下存放基于IAR开发环境的工程文件；

STM8L15x_StdPeriph_Driver：ST公司官方驱动库文件。

源代码下载链接：http://www.rimelink.com/nd.jsp?id=38&_np=105_315