- 所需材料
- 将Raspberry Pi与LoRa连接
- 将Arduino与LoRa连接
- Raspberry Pi的pyLoRa
- 配置Raspberry Pi for LoRa模块
- 为LoRa编程Raspberry Pi
- 用于LoRa的Arduino代码与Raspberry Pi进行通信
- 测试Raspberry Pi与Arduino之间的LoRa通信
随着物联网，互联汽车，M2M，工业4.0等的出现，LoRa越来越受欢迎。由于LoRa能够以非常少的功率与长距离通信，因此设计人员最好使用它从电池供电的Thing发送/接收数据。我们已经讨论了LoRa的基础知识以及如何在Arduino中使用LoRa。尽管该技术最初旨在用于LoRa节点与LoRa网关进行通信，但是在许多情况下，LoRa节点必须与另一个LoRa节点进行通信才能长距离交换信息。因此，在本教程中，我们将学习 如何将LoRa模块SX1278与Raspberry pi一起使用与另一个SX1278通讯，该SX1278连接到Arduino之类的微控制器。这种方法可以在许多地方派上用场，因为Arduino可以充当服务器来从传感器中获取数据，并通过LoRa远距离发送给Pi，然后充当客户端的Pi可以接收这些信息并将其上传到可以，因为它可以访问互联网。听起来很有趣吧？因此，让我们开始吧。
所需材料
- SX1278 433MHz LoRa模块– 2个
- 433MHz LoRa天线– 2个
- Arduino UNO-或其他版本
- 树莓派3
假定您的Raspberry Pi已经使用操作系统进行了刷新，并且能够连接到Internet。如果不是这样，请在继续之前遵循Raspberry Pi入门教程。在这里，我们使用的是 Rasbian Jessie安装的Raspberry Pi 3。
警告：始终将SX1278 LoRa模块与433 MHz天线一起使用；否则可能会损坏模块。
将Raspberry Pi与LoRa连接
在进入软件包之前，让我们准备好硬件。该 SX1278是16引脚 劳拉模块，使用于3.3V逻辑SPI连通。Raspberry pi也以3.3V逻辑电平运行，还具有内置SPI端口和3.3V稳压器。因此，我们可以直接将LoRa模块与Raspberry Pi连接。连接表如下所示| 树莓派 | Lora – SX1278模块 |
| 3.3伏 | 3.3伏 |
| 地面 | 地面 |
| GPIO 10 | 摩西 |
| GPIO 9 | 味噌 |
| GPIO 11 | SCK |
| GPIO 8 | Nss /启用 |
| GPIO 4 | DIO 0 |
| GPIO 17 | DIO 1 |
| GPIO 18 | DIO 2 |
| GPIO 27 | DIO 3 |
| GPIO 22 | RST |
您也可以使用下面的电路图作为参考。请注意，电路图是使用与SX1278模块非常相似的RFM9x模块创建的，因此下图中的外观可能有所不同。
连接非常简单，您可能要面对的唯一问题是SX1278不兼容面包板，因此您必须直接使用连接线进行连接或使用两个小面包板，如下所示。也很少有人建议使用单独的3.3V电源轨为LoRa模块供电，因为Pi可能无法提供足够的电流。但是，作为低功耗模块的Lora应该可以在Pi的3.3V电源轨上工作，我对其进行了测试，发现它可以正常工作。但是，还是要带一点盐。我的LoRa与Raspberry pi的连接设置如下所示
将Arduino与LoRa连接
Arduino模块的连接与我们先前教程中使用的连接相同。唯一的不同是，我们将使用基于Radio头的Rspreal库，而不是使用Sandeep Mistry的库，我们将在本项目的后面部分讨论。电路如下
同样，您可以使用Arduino Uno上的3.3V引脚或使用单独的3.3V稳压器。在这个项目中，我使用了板载稳压器。下面提供了引脚连接表，以帮助您轻松进行连接。
| LoRa SX1278模块 | Arduino UNO板 |
| 3.3伏 | 3.3伏 |
| nd | nd |
| En / Nss | D10 |
| G0 / DIO0 | D2 |
| SCK | D13 |
| 味噌 | D12 |
| 摩西 | D11 |
| RST | D9 |
由于模块不适合面包板，因此我直接使用了连接线进行连接。建立连接后，Arduino LoRa设置如下所示
Raspberry Pi的pyLoRa
LoRa可使用许多python软件包。通常，Raspberry Pi也用作LoRaWAN，以从多个LoRa节点获取数据。但是，在此项目中，我们的目标是在两个Raspberry Pi模块之间或Raspberry Pi与Arduino之间进行点对点通信。因此，我决定使用pyLoRa包。它具有rpsreal LoRa Arduino和rpsreal LoRa Raspberry pi模块，可在Arduino和Raspberry Pi环境中使用。现在，让我们关注Raspberry Pi环境。
配置Raspberry Pi for LoRa模块
如前所述，LoRa模块可用于SPI通信，因此我们必须在Pi上启用SPI，然后安装 pylora 软件包。打开Pi的终端窗口后，请按照以下步骤进行操作。同样，我使用腻子连接到我的Pi，您可以使用方便的方法。
步骤1：使用以下命令 进入配置窗口。获取下面的窗口
须藤raspi-config
步骤2： 导航至接口选项并启用SPI，如下图所示。我们必须启用SPI接口，因为如前所述，LCD和PI通过SPI协议进行通信
步骤3：保存更改并返回到终端窗口。确保更新了pip和python，然后使用以下命令安装 RPi.GPIO 软件包。
pip安装RPi.GPIO
此类封装将帮助我们控制Pi上的GPIO引脚。如果安装成功，您的屏幕将如下所示
步骤4：同样，使用以下命令继续安装 spidev 软件包。Spidev是Linux的python绑定，可用于在Raspberry Pi上执行SPI通信。
点安装spidev
如果安装成功，则终端应如下所示。
步骤5：接下来，让我们使用以下pip命令安装pyLoRa软件包。该软件包将安装与LoRa相关的Radio模型。
点安装pyLoRa
如果安装成功，您将看到以下屏幕。
PyLoRa软件包还支持可与Arduino和Raspberry Pi无缝使用的加密通信。这样可以提高通信中的数据安全性。但是您必须在此步骤之后安装单独的软件包，因为加密不在本教程的范围之内，所以我不这样做。您可以按照上面的github链接获取更多详细信息。
之后，此步骤可以将包路径信息添加到pi，并尝试使用最后给出的python程序。但是我无法成功添加路径，因此不得不手动下载库并将其直接用于我的程序。所以我必须继续以下步骤
步骤6：使用以下命令下载并安装python-rpi.gpio软件包和spidev软件包。
sudo apt-get安装python-rpi.gpio python3-rpi.gpio sudo apt-get安装python-spidev python3-spidev
两次安装后，终端窗口应显示如下内容。
步骤7：还要安装git，然后用它来为Raspberry Pi克隆python目录。您可以使用以下命令进行操作。
sudo apt-get安装git sudo git clone
完成此步骤后，您应该在Raspberry Pi主文件夹中找到SX127x子目录。这将具有与库关联的所有必需文件。
为LoRa编程Raspberry Pi
在对等LoRa通信中，将传输信息的模块称为服务器，将接收信息的模块称为客户端。在大多数情况下，Arduino将在现场与传感器一起使用以测量数据，而Pi将用于接收这些数据。因此，在本教程中，我决定将Raspberry Pi用作客户端，并将Arduino用作服务器。在完整的树莓派客户端程序可以在这个页面的底部找到。在这里，我将尝试解释程序中的重要内容。
警告：请确保程序文件位于SX127x库文件夹所在的目录中。如果您要移植项目，则可以复制此文件夹并在任何地方使用它。
该程序非常简单，我们必须将LoRa模块设置为在433Mhz中工作，然后侦听传入的数据包。如果我们收到任何信息，我们可以简单地在控制台上打印它们。和往常一样，我们通过导入所需的python库开始程序。
从时间开始 从SX127x.LoRa 导入睡眠*从SX127x.board_config导入BOARD BOARD.setup（）
在这种情况下，时间包用于创建延迟，Lora包用于LoRa通信，而 board_config 用于设置board和LoRa参数。我们还使用 BOARD.setup（） 函数设置了评估板。
接下来，我们创建具有三个定义的python LoRa类。由于我们仅缩进以使程序作为树莓客户端工作，因此该类仅具有三个函数，即init类，start类和 on_rx_done 类。init类使用 set_pa_config 方法中设置的125kHz带宽以433MHz初始化LoRa模块。然后还将模块置于睡眠模式以节省功耗。
#初始化后的中等范围默认值为434.0MHz，Bw = 125 kHz，Cr = 4/5，Sf = 128chips / symbol，CRC on 13 dBm lora.set_pa_config（pa_select = 1） def __init __（self，verbose = False）： 超级（LoRaRcvCont，self）.__ init __（详细） self.set_mode（MODE.SLEEP） self.set_dio_mapping（* 6）
启动功能是我们将模块配置为接收器并获得RSSI（接收信号强度指示器），状态，工作频率等功能。我们将模块设置为从睡眠模式以连续接收器模式（RXCONT）工作，然后使用while循环读取诸如RSSI和调制解调器状态之类的值。我们还将串行缓冲区中的数据刷新到终端上。
def start（self）： self.reset_ptr_rx（） self.set_mode（MODE.RXCONT） 而True： sleep（.5） rssi_value = self.get_rssi_value（） status = self.get_modem_status（） sys.stdout.flush（）
最后，在读取传入的数据包之后，将执行 on_rx_done 函数。在此功能中，将接收标志设置为高后，将接收到的值从Rx缓冲区移入称为有效负载的变量。然后，使用utf-8对接收到的值进行解码，以在外壳上打印用户可读数据。我们还将模块重新置于睡眠模式，直到收到另一个值。
def on_rx_done（self）： print（“ \ nReceived：”） self.clear_irq_flags（RxDone = 1） 有效载荷= self.read_payload（nocheck = True） print（bytes（payload）.decode（“ utf-8”，'ignore' ）） self.set_mode（MODE.SLEEP） self.reset_ptr_rx（） self.set_mode（MODE.RXCONT）
程序的其余部分只是在控制台上打印接收到的值，并使用键盘中断来终止程序。即使程序终止后，我们仍将板子设置为睡眠模式，以节省功耗。
试试：lora.start（），除了KeyboardInterrupt：sys.stdout.flush（）print（“”）sys.stderr.write（“ KeyboardInterrupt \ n”）最后：sys.stdout.flush（）print（“”）lora。 set_mode（MODE.SLEEP）BOARD.teardown（）
用于LoRa的Arduino代码与Raspberry Pi进行通信
如前所述， rpsreal 代码同时支持Arduino和Pi，因此Arduino和Pi之间的通信是可能的。它基于AirSpayce的Radiohead库工作。因此，您必须首先将无线电头库安装到Arduino IDE。
为此，请访问Github页面并下载ZIP文件夹中的库。然后将其放在Arduino IDE的库文件夹中。现在，重新启动Arduino IDE，您将找到Radio head库的示例文件。在这里，我们将Arduino编程为充当LoRa服务器，以发送0到9之类的测试数据包。可以像通常一样在此页面的底部找到完成此操作的完整代码。在这里，我将解释程序中的一些重要内容。
我们首先通过导入SPI库（默认情况下已安装）以使用SPI协议，然后从Radio head导入RH_RF95库以执行LoRa通信来开始程序。然后，我们定义将LoRa的芯片选择（CS），复位（RST）和中断（INT）引脚与Arduino连接到Arduino的哪个引脚。最后，我们还定义了该模块应在434MHz频率下工作并初始化LoRa模块。
#包括
在 设置 功能内，我们将LoRa模块的复位引脚拉至低电平10毫秒，以重新启动，从而复位LoRa模块。然后，使用我们之前使用Radio head库创建的模块将其初始化。然后，我们为LoRa服务器设置频率和传输功率。传输距离越高，您的数据包将传播的距离越远，但会消耗更多的功率。
void setup（） { //初始化串行监视器 Serial.begin（9600）; //重置LoRa模块 pinMode（RFM95_RST，OUTPUT）; digitalWrite（RFM95_RST，LOW）; 延迟（10）; digitalWrite（RFM95_RST，HIGH）; 延迟（10）; // 在（！rf95.init（））{ Serial.println（“ LoRa无线电初始化失败”）时 初始化LoRa模块。而（1）; } // 如果（！rf95.setFrequency（RF95_FREQ））{ Serial.println（“ setFrequency failed”）; 设置默认频率为434.0MHz 。而（1）; } rf95.setTxPower（18）; // Lora模块的传输功率 }
在无限 循环 功能内部，我们只需要通过LoRa模块发送数据包。该数据可以是任何用户命令的传感器值。但是为简单起见，我们将每隔1秒发送一次char值0到9，然后在达到9后将其初始化为0。请注意，这些值只能以char数组格式发送，数据类型应为unit8_t一次为1个字节。相同的代码如下所示
void loop（） { Serial.print（“ Send：”）; char radiopacket = char（value）}; rf95.send（（（uint8_t *）radiopacket，1）; 延迟（1000）; 价值++; 如果（值>'9'） 值= 48; }
测试Raspberry Pi与Arduino之间的LoRa通信
现在，我们已经准备好硬件和程序，我们只需要将Arduino代码上传到UNO板上，并且应该在pi上启动python草图。连接了两个硬件的测试设置如下所示
在Pi上启动python客户端素描后（仅使用python 3），如果一切正常，您应该会通过shell窗口看到在pi中收到的Arduino数据包。您应注意“ Received：0”到9，如下图所示。
可以从此处下载完整的Raspberry pi代码以及所有必需的库。
您现在可以移动Arduino服务器并检查模块范围；如果需要，也可以在外壳上显示RSSI值。您可以在下面的视频中找到该项目的完整工作。现在，我们知道了如何在Arduino和Raspberry pi之间建立长距离低功耗LoRa通信，我们可以继续在Arduino一侧添加传感器，在Pi一侧添加云平台以制作完整的IoT程序包。
希望您理解该项目并喜欢构建它。如果您无法正常使用，请使用下面的评论部分或其他技术需求的论坛。