物联网是个交叉学科，涉及通信技术、传感技术、网络技术以及RFID技术、嵌入式系统技术等多项知识，但想在本科阶段深入学习这些知识的难度很大，而且部分物联网研究院从事核心技术工作的职位都要求硕士学历，“LPWAN实验室”计划从收集、整理、翻译实用的物联网有关的知识着手，帮助各高校物联网专业学生利用这个实验室学习平台找准专业方向、夯实基础，同时增强实践与应用能力。虽然现在面临大学生毕业就业难的情况，但实际各行各业却急需物联网领域相关专业的人才，从目前情况来看，环保、安防、智能交通、农业、医疗推广的可能性最大，这也是成为高校热门专业的一个重要原因。从工信部以及各级政府所颁布的规划来看，物联网在未来十年之内必然会迎来其发展的高峰期。而物联网技术人才也势必将会“迎娶”属于它的一个美好时代。
LoRa开发8： 下载源代码
1 源代码下载地址 源代码可以从以下链接下载： http://download.csdn.net/detail/jiangjunjie_2005/9657161 2 开发环境与工具 硬件平台：锐米LoRa终端 http://www.rimelink.com/pd.jsp?id=2 测试套件：USB转串口 + LoRa终端转接板 https://shop140974727.taobao.com/?spm=2013.1.1000126.d21.DL6hVR 仿真器： ST LINK V2 https://item.taobao.com/item.htm?spm=2013.1.20141002.4.Sj743Y&scm=1007.10009.31621.100200300000004&id=540446816750&pvid=8a31520e-d2bd-4a21-b940-aa421c82d92d IDE环境：IAR for STM8 http://www.rimelink.com/nd.jsp?id=33&_np=105_315 3 编译对应的进程 void main(void) { // process_start(&TxRandData, NULL); // process_start(&RxPrintSNRRSSI, NULL); process_start(&PingPong, NULL); } 在源代码main.c中，屏蔽不需要的进程，仅允许编译一个进程，即可将LoRa终端设置成对应的系统。如上例所示，编译了PingPong进程。 4 源代码结构 main.c 基于C语言系统的入口函数 main.h 系统的全局配置文件 Application 应用程序，以Contiki系统的protothread方式组织 Contiki Contiki操作系统 Driver […] Read more.
LoRa开发7：PingPong系统
1 引言 前2章介绍了SX1278的发送和接收，在此基础上，我们设计一个有趣的PingPong系统，更好地理解LoRa终端的收发逻辑。 该系统将LoRa终端自动定义成2种角色：master和slave。master主动发送ping数据帧，接收pong数据帧；slave如果接收到ping数据帧，回应pong数据帧。 2 整体逻辑流程 如上图所示，当LoRa终端上电后，在（2 * PingPongPeriod）周期内没有接收到ping数据帧，它就认为自己是master。Master节点每隔（1 * PingPongPeriod）周期主动发送ping数据帧，然后启动RF接收，可能接收到pong回应帧（正常通信），也可能接收超时（slave没有上电或通信失败）。 同理，当LoRa终端上电后，在（2 * PingPongPeriod）周期内接收到ping数据帧，它就认为自己是slave。Slave节点启动RF接收，如果接收到ping数据帧，它将发送pong回应帧。 一个节点从上电，判断自身角色，根据角色处理逻辑，如下流程图所示。 3 代码剖析 PROCESS_THREAD(PingPong, ev, data) { #definePING “ping, this is MASTER ofrime node.” #definePONG “pong, this is SLAVE of rimenode.” #definePING_SIZE 34 #definePONG_SIZE 33 staticbool s_bIsMaster; staticuint16_t s_wPingPongPeriod; staticint32_t s_lTxCnt = 0; staticint32_t s_lRxCnt = 0; PROCESS_BEGIN(); […] Read more.
LoRa开发6：接收数据帧
1 引言 接收LoRa数据帧比发送稍复杂一些，接收是一个异步动作—-不知道下一帧什么时候到来；因为干扰或信号微弱等，接收可能会出错；甚至，当多次接收错误后，RF可能会宕机—-再也无法接收任何数据帧。 本章，我们继续基于Contiki和SX1278，开发接收数据帧的代码。 2 整体逻辑流程 接收数据帧的整体逻辑流程如下所示，特别注意的是，添加了处理异常的代码：如果RF接收错误（硬件自检payloadcrc16失败）或数据帧错误（用户CRC16失败），进程会重启动RF的接收，以防止陷入宕机（根据我们多年的经验，这种缺陷是可能发生的）。 3 进程时序 t0时刻：进程启动RF接收； t1时刻：SX1278接收到数据帧，中断服务程序poll进程； t2时刻：进程检验数据帧的CRC16，闪烁LED，打印计数、SNR和RSSI； 4 代码剖析 PROCESS_THREAD(RxPrintSNRRSSI, ev, data) { /*ATTENTION: stack variables can NOT cross any “XX_YIELD()”. */ bool bFrameOK; […] Read more.
LoRa开发5：发送随机数据
1 引言 学习需要循序渐进，做开发也不例外。在LoRa终端开发中，最简单的代码是通过SX1278发送数据帧。因此，我们先从发送开始，了解初始化SX1278和建立Contiki进程的入门知识。 2 整体逻辑流程 发送数据帧的整体逻辑流程如下所示，很明显，进程是一个无限循环：生成随机数据帧-> 发送 -> 生成随机数据帧 ->… 3 初始化SX1278 初始化SX1278的代码清单如下，它主要完成射频参数的配置。 static void InitSetLoRa(void) { SX1278Init(&s_stRFEvents); 1 SX1278SetFreq(RADIO_FREQ); […] Read more.
LoRa开发4：移植Contiki
1 LoRa终端需要OS吗？ 尽管工程师有很多理由拒绝在LoRa终端上使用OS（Operating System，操作系统）：“它很复杂”，“没必要”，“内存太小”，“有学习成本”，“要改变编程思维”，“可能不稳定”……然而，基于以下理由，我们强烈推荐移植一个小型OS： 降低复杂度 LoRa终端的复杂度其实比我们想象的要高：它需要驱动SX1278，这需要处理很多事件，如接收数据超时，接收数据错误等；它需要实现网络算法，申请入网，主动上报，低功耗唤醒，断网续连等；它需要管理本地设备，采集传感器数据，控制阀门等。 使用OS，可以将上述任务分解成多个进程，开发者专注于每个进程的实现，可以有效降低复杂度。 复用组件 LoRa终端一定有这样的需求：射频CAD侦听到唤醒信号后，快速通知进程接收数据帧；需要一个软定时器来灵活地延时和唤醒……这些系统组件，OS都提供，要知道，这些丰富的组件可是经过严格测试的。复用成熟稳定的组件是提高软件生产力的有效手段，这方面，操作系统功不可没。 提高CPU效率 当LoRa终端“等待射频发送数据包完成”前，它无事可干；而其他进程希望得到CPU运行权，不用担心，操作系统会完成调度，它会将“因等待而无事可干”的进程阻塞，而将CPU分配给“具备运行条件”的进程享用。 移植性更好 有一天，因为某种原因（需要更强大的计算能力，需要更低成本等）需要更换LoRa终端的MCU，有操作系统支撑的系统就轻松多了，因为应用软件调用的是操作系统的API，它很少与硬件层直接打交道；基本上，只要将操作系统移植到“新MCU平台”，软件系统就OK了。 2 Contiki是一个怎样的OS？ Contiki是少有能同时实现2个目标的操作系统：对内存要求极低，同时支持进程阻塞机制。8位单片机的RAM极为宝贵，几KB都是很大了，一般的RTOS(FreeRTOS或uc/os-ii等)无法运行，而Contikil可运行良好；有些操作系统，如OSAL也在极少的RAM上可以运行，但是这种基于“状态机”开发的机制，让代码很难理解，程序执行流在状态中来回判断和切换，让逻辑更复杂。 节能内存 Contiki有一个巧妙的机制来实现进程的调度：当进程被阻塞时，OS记录该进程的下一C语言行号；当进程继续运行时，从记录的C语言行号继续运行。这种机制从2个方面极大节省内存：所有的进程共享一个栈，没有上下文机切换。甚至在小于1KB内存的MCU上，Contiki都可以良好地运行。 进程可以阻塞 在Contiki系统中可以实现如下语句，进程发送无线电数据包，然后阻塞自己，直到发送完毕。这种“优雅”的机制，非常符合程序员思维，同时降低了开发的复杂度。 SX1278Send(packetbuf_dataptr(),packetbuf_datalen()); PROCESS_YIELD_UNTIL(RF_Tx_Done ==s_tRFResult); 移植简单 如果仅使用Contiki的内核，只需要移植clock.c，即从MCU中找一个定时器来给etimer进程提供时钟源。如果使用Contiki的网络协议栈，需要按radio.c实现无线收发函数。 丰富的网络协议栈 针对无线通信，Contiki提供3种MAC协议，还有RIME通信原语和RPL路由协议；针对TCP/IP，Contiki提供uIP协议栈，它支持IPv4和IPv6。 3 怎样移植Contiki？ 移植一个操作系统是指将它运行在给定的硬件平台。因为Contiki是非可剥夺的OS，不用实现上下文切换（CPU的寄存器保存与恢复），因此它的内核移植特别容易，一般是实现2个定时器：etimer和rtimer。 如果站在3万英尺的高度，一个基于Contiki嵌入式系统的层次结构如下所示。 考虑2种情况，首先需要升级Contiki更高版本的软件，其次需要将Contiki移植到不同的硬件平台。为了尽可能地减少升级和移植的工作量，增加了ports文件夹，ports目录中文件与core目录中文件低耦合。 3.1 移植Contiki内核 如果仅仅只移植Contiki的内核，那么还是比较容易的，一般说来只需要修改2个文件：clock.c和contiki-conf.h。 clock.c有2个函数需要适配对应硬件平台： void clock_init(void)； 设置一定时器，每秒产生CLOCK_SECOND个tick； void SysTick_handler(void)； tick中断时递增时间，检测是否有超时事件； contiki-conf.h：设置contiki系统的一些参数，如：CLOCK_CONF_SECOND=100； 3.2 移植rtimer 3.2.1 rtimer用途 Contiki系统引入rtimer可以满足精准定时的需要，一些对时间极为敏感的模块（如MAC协议）依赖于rtimer。和etimer的粗粒度（常见为100Hz）不同，rtimer是细粒度（常见为1kHz）定时器。 3.2.2 rtimer移植 移植rtimer比较容易，基于MCU实现rtimer-arch.c和rtimer-arch.h。 需要特别注意，大多数定时器（尤其是8位MCU）位宽为16位，即MAX=65535， rtimer的频率定为1kHz比较合理，它既可以保证比较好的精度（1ms），又具备65秒的满量程，这可以适应大多数的应用需要。 另外，大多数应用需要随机撤销和重启动rtimer，它可以通过添加2个函数来实现：rtimer_arch_disable_irq()和rtimer_arch_enable_irq()。 关于rtimer更多的原理与应用介绍，请链接： […] Read more.
LoRa开发3：终端驱动设计
1 引言 从表面看，终端驱动就是MCU通过读写SX1278的寄存器，实现射频收发功能。然而，一个优秀的驱动设计，至少满足以下设计目标；最具喜挑战的是，有些目标是相互抵触的。 提供机制：区分策略和机制，驱动仅提供机制，由用户进程实现策略； 接口简单：接口越简单，驱动越好使用，另外，更好实现“高内聚、低耦合”； 提高效率：最大化硬件设备性能，是驱动的重要使命； 节能内存：内存复用和指针传递等方法可以节省MCU宝贵的内存； 易于移植：能在不同的MCU之间低成本移植，该驱动就越优异； 稳定可靠：驱动是硬件和系统软件的黏合层，不能有任何差错。 2 系统层次结构 如图2-1所示，除contiki系统外，应用层也需要调用sx1278 driver，一个典型实例见图2，contiki协议栈依赖radio实现对应功能，应用层也需要设置radio参数和获得RSSI与SNR值。 图2-1 radio相关的系统层次 图2-2 分层系统调用实例 3 接口设计 MCU与LoRa硬件接口如图3-1所示：MCU通过SPI总线与LoRa进行通信，包括设置参数和读写FIFO；当LoRa有异步事件发生时，它通过6根连接线DIO0~DIO5中断MCU；MCU为判断接收和发送数据包是否超时需要设置TIMER，该资源LoRa不需要，仅被MCU所用。 图3-1 MCU与LoRa硬件接口 细化图3-1的设计可以得到图3-2所示驱动：DIO除初始化函数化，还需要DIO0~DIO5对应中断服务函数；SPI需要初始化和输入输出函数；TIMER需要初始化、启动和停止函数。 为方便移植LoRa到不同的MCU，特地将驱动设计成2部分：sx127x_src.c和sx127x_ports.c，前者为LoRa操作函数，后者提供图3-2所示接口。 图3-2 MCU需要提供的硬件驱动 Radio driver为尽可能好地实现功能，它提供如图3-3所示的回调函数接口，当事件（如接收数据包）发生时立即调用对应的方法。 图3-3 radio回调函数 radio一般都有自己的参数，LoRa也不例外，因此提供了图3-4所示的设参接口。 图3-4 LoRa参数设置 4 数据结构 1. 发送数据包 如图4-1所示，发送数据包不用另外开辟内存，直接从tx_process拷贝数据到LoRa FIFO之中。即使本次发送失败（如返回发送超时），也可以实现重传（FIFO和寄存器值仍得以保留）。 图4-1 发送数据包 2. 接收数据包 为节省宝贵的内存，驱动程序通过图4-2的回调函数GetBufPtr()从用户进程获取缓存区指针，然后将接收数据包复制到该缓存；再执行回调函数RxDone()，让用户进程执行所需的逻辑（如：通知其他进程解析该数据包）。 图4-2 接收数据包 5 时序逻辑 为了高效实现radiodriver，引入了中断和定时器机制来实现发送和接收数据包。因为LoRa是半双工通信，只需要使用1个定时器即可用于检测发送和接收是否超时；另外，根据LoRa芯片特性，当事件发生时会产生引脚的电平翻转信号，MCU需要捕捉该中断。 图5-1～图5-7显示了发送、接收和CAD时7种时序。 #1：停止定时器； #2：使SX1278进行休眠状态，节省电能； #3：执行回调函数TxDone()，让用户进程执行所需逻辑； 图5-1 发送成功 #1：使SX1278进行休眠状态，节省电能； […] Read more.
LoRa开发2：终端硬件平台
1 硬件基本框图 一般而言，LoRa终端主要部件包括：MCU，SX1278，TCXO，RF_SWITCH，它们的功能如下表： 部件 功能 MCU 驱动SX1278，实现无线网络协议，与用户系统交互等 SX1278 完成LoRa无线信号的接收与发送 TCXO 为SX1278高频电路提供精确时钟 RF_SWITCH 为半双工的SX1278切换输入或输出状态 一个LoRa终端硬件框图如下所示： 在实际工程应用中，为更好地移植射频部分，会将SX1278、TCXO和RF_SWITCH集成到一个电路板上，做成射频模块。此时，LoRa终端如下所示： 2 射频模块 锐米通信集成了射频模块，该模块的20引脚定义如下图所示： 这20引脚的连接与控制如下表所示：（注：站在SX1278角度，定义引脚类型） 序号 引脚 类型 功能 1 DIO3 数字IO 详见下表“DIO映射模式” 2 DIO4 数字IO 3 DIO5 数字IO 4 SCK 输入 MCU给SX1278提供SPI时钟源 5 MISO 输出 SPI数据总线，MCU输入，SX1278输出 6 MOSI 输入 SPI数据总线，MCU输出，SX1278输入 7 NSS 输入 SPI片选，低电平有效 8 RXTX 输出 SX1278工作状态，高电平=TX，低电平=RX 9 RXE […] Read more.
LoRa开发1：LoRa设计10问
引言： 近2年来，LoRa技术在国内受重视，从高校到企业，再到自主创业者，都在了解和研究。作为从事LoRa研发3年，推出2代LoRa网关的锐米通信，接触许多问询LoRa技术的客户。为此，我们解释一些LoRa技术的常见问题。 1问：LoRa是什么？ 答：LoRa是Long Range（长距离）的简称，是一种长距离、低功耗无线通信技术。2009年法国公司Cycleo设计出一种优异的扩频通信算法，后来，该公司被美国semtech公司收购，后者于2013年推出LoRa芯片。目前，semtech公司是LoRa芯片唯一供应商。 2问：LoRaWAN是什么？ 答：LoRaWAN是LoRa Wide Area Network（LoRa广域网）的简称，是基于LoRa技术的一种通信协议。它主要包括三个层次的通信实体：LoRa终端、LoRa网关和LoRa服务器。 LoRaWAN是一个较庞大的体系结构，支持CLASS A / B / C三种终端，使用LoRa MAC协议为网关和终端提供防冲突通信和同步机制，有4种服务器角色，分别担任：网络连接、应用管理、接入控制和用户数据。它的层次关系如下： 3问：LoRa有什么优点？ 答：最大的优点是长距离传输，采用扩频增益，它的传输距离约FSK的3倍；其次是低功耗，尽管它通信距离空旷能达到5km，仍保持良好的节能特性；再次，它工作在免费ISM频段，这为普通民众使用该无线网络打开了一道便捷之门，极大降低网络铺设成本。 4问：LoRa有哪些缺点？ 答：第一个缺点，传输速率低，因为扩频调制后的通信带宽窄，一般只适合传感器网络；第二个缺点，硬件价格高，推出市场的时间不长，没有大规模应用，成本没有被摊薄；第三个缺点，LoRaWAN核心技术（通信协议和算法）需要缴纳会费才能获取，这提高了研发成本和难度。 5问：LoRa与常见无线技术的区别？ 答：确实，我们身边的无线技术已经很多了：3G/4G、WiFi、蓝牙和ZigBee，为什么还需要LoRa这种无线技术呢？其实，每种无线技术都只能适应特定通信场景，需要配合使用才能构建高效率、低成本的网络。 打个比方，现代化的军事组织，单兵武器都是配合使用，才能达到最佳火力配制。 无线技术 类比武器 距离 速率 能耗 铺设成本 通信成本 适应场合 LoRa 狙击步枪 超长 慢 低 中 免费 户外传感器 3G/4G 突击步枪 长 较快 高 极高 流量费 通话与上网 WiFi 冲锋枪 短 快 极高 低 免费 […] Read more.
四个案例告诉你“定制树莓派”在企业级市场大有所为
树莓派自2012年推出以来，经过4年技术积淀以及社区运营，它在创客中间已经具备相当的名气了，去年仅英蓓特出货量就达到200多万片，这个对非消费类电路板块来说，是一个很不错的成绩了。 近年来智能硬件概念的兴起，再加上国家层面大力推动“互联网+”、“智慧城市”，越来越多的传统企业参与其中，由此也诞生了很多新的创业公司以及新的业务，涌现出一批批刷新三观的应用。在这个讲究速度与激情的商业时代，比竞争对手先一步，就意味着占领市场先机。在这种形式背景下，如何降低产品的开发难度，减少开发成本，缩短产品上市时间，成了企业最实际的需求，而功能全而接口丰富的单板计算机正迎合了这一需求，非常接地的充当起参考设计原型的角色，因此很多企业在立项阶段就会将其纳入设计考虑范畴，从而催生出庞大的单板计算机应用市场。定制树莓派在这方面以低成本、高可扩展性引人瞩目。 自2015年9月英蓓特开始承接树莓派定制服务以来，陆续收到来自全球的客户订单，其中既有包括了IBM、微软等大客户需求，又有一些中小型企业的需求，要求定制的内容包括： 修改存储方式（比如集成存储器如eMMC替代原SD卡）； 添加Zigbee、WiFi,、Z-Wave, Sub-GHz ISM等通信方式， 集成RTC， 增加LTE或者GSM模块， 调整元器件的位置，修改PCB的尺寸， 添加Lora之类的物联网协议， 增删树莓派上的接口 先分享四个最近比较热门领域的企业应用，看看量身定制的树莓派都可以做些什么。 1.Video Conference System（*Pictures are for reference only） 客户： 国内某电子产品公司 平台： Raspberry Pi2 项目应用： 视频会议系统 定制： 特定功能接口定制 2.Hotel Room Electronic Appliance Controller（*Pictures are for reference only） 客户： 国外某酒店服务管理公司 平台： Raspberry Pi2 项目应用： 酒店房间应用控制以及触屏控制 定制： 无线连接及UI功能设计添加 3.Home Automation System（*Pictures are for reference only） 客户： […] Read more.
WAZIUP欧洲项目的教学视频：构建低成本的LoRa物联网设备
如何构建低成本的LoRa IoT设备。 有关github的更多信息：https://github.com/CongducPham/LowCostLoRaGw 学习小组招募： 喜欢动手的程序猿们喜大普奔时刻来临了！来临了！来临了！ 来自安爵士亲手制作的有关LoRa网关、终端等硬件开发系列学习视频登陆LoRa学习站，英文好的同学们可以先睹为快了，如果你英文足够好，又有兴趣参与LoRa学习资料翻译组，欢迎注册我们的网站会员并留言“加入学习视频翻译”。 Read more.
LoRa组网案例5：无线电表，唤醒+总线
案例背景 某用电采集系统，为减少布线和施工的代价，计划使用无线采集方案。在方圆1km的区域，连接400块电表。基于国网电表通信协议，响应时间要求小于10秒。需要和某电表通信时： 先广播该电表号和请求命令，约20字节； 对应表号的电表根据命令发送回复帧，约100字节； 非该表号的电表不予回应。 通信拓扑如下图所示： 提取需求 因素 指标 距离 1000米，墙壁、门等会造成信号衰减 带宽 纯负载带宽：(20 * 8 + 100 * 8)bit / 10s =96bps，属于低带宽要求 功耗 要求，电表由市电供应，但数量庞大，节能意义重要。 规模 400个终端，中等规模无线网络 拓扑 唤醒下发+总线上报 成本 终端数量庞大，硬件成本要最低；不允许有流量费用。 应用LoRa系统 这是一个典型的“长距离，低带宽，低成本”无线网络，可以选用锐米LoRa第二代系统。 空中速率档位=远距离，低速率，可以发挥LoRa超长距离通信能力； 频率=470MHz，免费频段； 射频发射功率=20dBm； 终端节点个数=1(解释：400个终端共享总线，地址全部分配为0x0001) 单次上传最大字节=100 Slot时长=4000ms 注释：GetMinSlotLen(100, RF_SPEED_LOW,SYST_TDMA_WAKE)=3610 二次上报间隔=10000ms 唤醒data最大字节=20 唤醒ack最大字节=0 唤醒间隔=10000ms 注释：GetTime4WakeExchange(20, 0, RF_SPEED_LOW)=2083 唤醒间隔与带宽利用如下图所示： Read more.
LoRa组网案例4：无线水表，上报+唤醒
案例背景 水表无线集抄具备很多好处：容易施工、缴费便捷、方便查询等。长期以来困扰该方案的是，既要长距离通信，又要低功耗以延长电池使用寿命。现在，LoRa无线可以解决该难题。 以32层高，每层4户为例，集抄128支水表；每15分钟抄读约10字节用水数据；10秒内能控制任意表计开阀（2字节，欠费停水，续费使用）。 提取需求 因素 指标 距离 层高可达32楼，墙壁和门等会造成信号衰减 带宽 纯负载带宽：(128 * 10 * 8 + 2 * 8 * 90)bit / (15 * 60)s =13bps，属于超低带宽要求 功耗 苛刻，水表电池供电，非通信时段要求休眠节能 规模 128个终端，小等规模无线网络 拓扑 主动上报+唤醒下发 成本 终端数量庞大，硬件成本要最低；不允许有流量费用。 应用LoRa系统 这是一个典型的“长距离，低功耗，低带宽，低成本”无线网络，可以选用锐米LoRa第二代系统。 空中速率档位=远距离，低速率，可以发挥LoRa超长距离通信能力； 频率=470MHz，免费频段； 射频发射功率=20dBm； 终端节点个数=128 单次上传最大字节=10 Slot时长=7000ms 注释：GetMinSlotLen(10, RF_SPEED_LOW,SYST_TDMA_WAKE)=1795 二次上报间隔=900000ms 唤醒data最大字节=2 唤醒ack最大字节=0 唤醒间隔=7000ms 注释： GetTime4WakeExchange(2, 0, RF_SPEED_LOW)=1680 唤醒间隔与带宽利用如下图所示： Read more.