目錄

• LoRa簡介
• 硬件設備
• 源碼分析
• • `Sender`
• 兩種調制方式

LoRa簡介

詳細的LoRaWAN協議解析在這里

本文主要介紹LoRa在Arduino上的實現過程，從而學習LoRa協議的實現。

硬件設備

包括傳統的GFSK調制技術以及LoRa（遠程）擴頻技術
這里說一下啥叫LoRa擴頻技術

擴頻通信的基本思想：根據香農公式**C = W * log2(1 + S / N)**，為了提高信號的傳輸速率C，可以增加帶寬W或者提高信噪比S/N，即當傳輸速率一定時，帶寬與信噪比可以互換。擴頻通信就是用帶寬換信噪比。
LoRa目前主要在ISM頻段運行，包括433、868、915MHz等。LoRa的優勢在于長距離能力，單個網關或基站可以覆蓋數百平方公里范圍

管腳定義

PIN描述

GND	信號地
DIO(1/2/3/4/5/6)	數字IO，可自定義
VCC	電源（1.8V~3.6V）
MISO	SPI數據輸出
MOSI	SPI數據輸入
SCK	SPI時鐘輸入
NSS	SPI片選
ANT	天線接口

源碼分析

Sender

void setup() {Serial.begin(9600);while (!Serial);Serial.println("LoRa Sender");if (!LoRa.begin(915E6)) {Serial.println("Starting LoRa failed!");while (1);} }

核心初始化設置為：LoRa.begin
函數聲明：

int begin(long frequency);

接收的參數為頻率，也就是說上述發送的頻率為915E6，595430（十進制）
具體操作在這里：

int LoRaClass::begin(long frequency) { #if defined(ARDUINO_SAMD_MKRWAN1300) || defined(ARDUINO_SAMD_MKRWAN1310)pinMode(LORA_IRQ_DUMB, OUTPUT);digitalWrite(LORA_IRQ_DUMB, LOW);// Hardware resetpinMode(LORA_BOOT0, OUTPUT);digitalWrite(LORA_BOOT0, LOW);pinMode(LORA_RESET, OUTPUT);digitalWrite(LORA_RESET, HIGH);delay(200);digitalWrite(LORA_RESET, LOW);delay(200);digitalWrite(LORA_RESET, HIGH);delay(50); #endif// setup pinspinMode(_ss, OUTPUT);// set SS highdigitalWrite(_ss, HIGH);if (_reset != -1) {pinMode(_reset, OUTPUT);// perform resetdigitalWrite(_reset, LOW);delay(10);digitalWrite(_reset, HIGH);delay(10);}// start SPI_spi->begin();// check versionuint8_t version = readRegister(REG_VERSION);if (version != 0x12) {return 0;}// put in sleep modesleep();// set frequencysetFrequency(frequency);// set base addresseswriteRegister(REG_FIFO_TX_BASE_ADDR, 0);writeRegister(REG_FIFO_RX_BASE_ADDR, 0);// set LNA boostwriteRegister(REG_LNA, readRegister(REG_LNA) | 0x03);// set auto AGCwriteRegister(REG_MODEM_CONFIG_3, 0x04);// set output power to 17 dBmsetTxPower(17);// put in standby modeidle();return 1; }

下面逐步分析這個初始化函數都干了些神馬

檢測是否定義了ARDUINO_SAMD_MKRWAN1300：

這是一個內置了LoRa功能的Arduino開發板

管腳設置

第一步：將_ss設置為輸出，找到這個變量定義的是

_ss(LORA_DEFAULT_SS_PIN) ... #define LORA_DEFAULT_SS_PIN LORA_IRQ_DUMB

也就是用作LoRa的中斷引腳
下一步將這個_ss管腳置高，也就是輸出高電平

第二步：如果復位引腳不等于-1，就將復位引腳置為輸出，并且輸出一個10us的脈沖

#define LORA_DEFAULT_RESET_PIN -1 ...... _reset(LORA_DEFAULT_RESET_PIN)

第三步：開啟SPI

#define LORA_DEFAULT_SPI SPI ....... _spi(&LORA_DEFAULT_SPI)

第四步：讀取版本信息

uint8_t LoRaClass::readRegister(uint8_t address){return singleTransfer(address & 0x7f, 0x00); }

這個函數只是簡單的調用了一下singleTransfer()這個函數，該函數的定義就在下面

uint8_t LoRaClass::singleTransfer(uint8_t address, uint8_t value) {uint8_t response;digitalWrite(_ss, LOW); // 使能從機_spi->beginTransaction(_spiSettings);_spi->transfer(address);response = _spi->transfer(value);_spi->endTransaction();digitalWrite(_ss, HIGH); // 復位從機return response; }

首先_spiSettings是配置

_spiSettings(LORA_DEFAULT_SPI_FREQUENCY, MSBFIRST, SPI_MODE0),

默認的SPI頻率為：

#define LORA_DEFAULT_SPI_FREQUENCY 8E6 // 2278

第二個參數MSBFIRST表示dataOrder，只有兩種選項，另一種是LSBFIRST，分別是Most Significant Bit（ADDR[31:0]），和Lest Significant Bit（ADDR[0:31]）
第三個參數SPI_MODE0表示dataMode，可選SPI_MODE0, SPI_MODE1, SPI_MODE2, or SPI_MODE3

除了頻率，SPI傳輸需要設置Clock polarity and phase（CPOL & CPHA）

CPOL=0：時鐘空閑時候電平為低電平（SCLK有效為高）
CPOL=1：時鐘空閑時候電平為高電平（SCLK有效為低）
CPHA=0：第一個邊沿采樣
CPHA=1：第二個邊沿采樣

_spi->transfer(address);

SPI傳輸基于同時發送與接收，主機傳送字節,并返回從從機接收的字節
而version的信息位于：

也就是判斷所用的LoRa模塊必須是SX12系列的

第五步：設置睡眠模式

void LoRaClass::sleep() {writeRegister(REG_OP_MODE, MODE_LONG_RANGE_MODE | MODE_SLEEP); }

用到的參數：

#define REG_OP_MODE 0x01 #define MODE_LONG_RANGE_MODE 0x80 #define MODE_SLEEP 0x00

void LoRaClass::writeRegister(uint8_t address, uint8_t value) {singleTransfer(address | 0x80, value); }

注意讀取寄存器，用的是address & 0x7f，而寫寄存器用的是address | 0x80。

第六步：設置頻率

void LoRaClass::setFrequency(long frequency) {_frequency = frequency;uint64_t frf = ((uint64_t)frequency << 19) / 32000000;writeRegister(REG_FRF_MSB, (uint8_t)(frf >> 16));writeRegister(REG_FRF_MID, (uint8_t)(frf >> 8));writeRegister(REG_FRF_LSB, (uint8_t)(frf >> 0)); }

首先為什么要左移19位

#define REG_FRF_MSB 0x06 #define REG_FRF_MID 0x07 #define REG_FRF_LSB 0x08

第七步：寫TX與RX FIFO
SX12系列配備了一個256字節的RAM作為數據緩存區，僅在LoRa模式下可用，對其的所用訪問都要都過SPI接口完成，可以在除睡眠模式之外的所有模式下訪問FIFO，會自動清除舊的內容。

第八步：設置前端的低噪放


這里是讀取原來LNA寄存器中的值，將此值與'b00000011做或運算，然后再寫回去?？梢钥吹揭欢ㄈ〉米詈髢晌槐硎綥naBoostHf

SX1276/77/78 feature three distinct RF power amplifiers. Two of those, connected to RFO_LF and RFO_HF, can deliver up to +14 dBm, are unregulated for high power efficiency and can be connected directly to their respective RF receiver inputs via a pair of passive components to form a single antenna port high efficiency transceiver. The third PA, connected to the PA_BOOST pin and can deliver up to +20 dBm via a dedicated matching network. Unlike the high efficiency PAs, this high-stability PA covers all frequency bands that the frequency synthesizer addresses.

SX12系列包括三個不同的RF功率放大器，其中兩個連接到RFO_LF and RFO_HF，可以提供高達+14dBm的功率，并且無需調節，第三個連接到PA_BOOST 引腳，可以通過專用匹配網絡，獲得高達+20dBm的功率

第九步：設置自動增益放大器

#define REG_MODEM_CONFIG_3 0x26

第十步：設置發射功率

void LoRaClass::setTxPower(int level, int outputPin) {if (PA_OUTPUT_RFO_PIN == outputPin) {// RFOif (level < 0) {level = 0;} else if (level > 14) {level = 14;}writeRegister(REG_PA_CONFIG, 0x70 | level);} else {// PA BOOSTif (level > 17) {if (level > 20) {level = 20;}// subtract 3 from level, so 18 - 20 maps to 15 - 17level -= 3;// High Power +20 dBm Operation (Semtech SX1276/77/78/79 5.4.3.)writeRegister(REG_PA_DAC, 0x87);setOCP(140);} else {if (level < 2) {level = 2;}//Default value PA_HF/LF or +17dBmwriteRegister(REG_PA_DAC, 0x84);setOCP(100);}writeRegister(REG_PA_CONFIG, PA_BOOST | (level - 2));} }

最后一步：設置為空閑模式，等待發送操作

#define PA_OUTPUT_RFO_PIN 0 #define PA_OUTPUT_PA_BOOST_PIN 1 void LoRaClass::idle() {writeRegister(REG_OP_MODE, MODE_LONG_RANGE_MODE | MODE_STDBY); }

兩種調制方式

LoRa

呼~寫累啦，下一篇再具體介紹LoRa調制的具體方式
加油！ヾ(?°?°?)ﾉﾞ

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LoRa协议在Arduino上的应用——原理及代码分析（一）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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