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使用RA-08和STM32F103RB实现适用于物联网应用的长距离、低功耗通信

用于超长距离扩频通信的LoRa模块

LR 9 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

LR 9 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

非常适用于需要长距离、低功耗通信的领域,如智能计量、供应链和物流、家庭自动化和安防系统。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

LR 9 Click 基于 Ai-Thinker Technology 的 RA-08,这是一款 LoRaWAN 模块,专为超长距离扩频通信任务而设计,由 ASR6601 提供动力。ASR6601 是一种 LPWAN 无线通信系统级芯片 (SoC),结合了 RF 收发器、调制解调器和 32 位 RISC 微控制器 (MCU)。嵌入的 MCU 利用 ARM 核心,以 48MHz 频率运行。RA-08 设计用于 LPWAN 领域内的 LoRa 调制和传统的 (G)FSK 调制。此外,它支持 BPSK 和 (G)MSK 调制进行传输,接收器则支持 (G)MSK 调制。RA-08 模块为 LPWAN 应用设计,提供长距离、超低功耗连接。它适用于各个领域,包括智能计量、供应链和物流管理、家庭建筑自动化、

安全系统和远程控制的灌溉系统。模块支持的频率范围为 410MHz 至 525MHz,最大输出功率为 +22dBm。它拥有嵌入式存储,具有 128KB 的 FLASH 和 16KB 的 SRAM,并支持多种休眠模式,深度休眠电流低至 0.9uA。LR 9 Click 的其他功能包括通过 UART 接口与主 MCU 通信,默认波特率为 115200bps。板上的开关允许选择 UART 接口的功能——可以作为交换 AT 命令的主要串行通信端口(在 LPRX 位置),或作为固件闪存的串行端口(在 RX 位置)。此外,对于希望从头开始构建软件的开发人员,模块还包括 I2C 通信功能。该板不仅限于 UART 和 I2C 接口引脚,还包括 RST 引脚用于模块复位(也

可以通过 RESET 按钮实现)和 BT 引脚用于固件闪存(通过 BOOT 按钮访问)。这使得通过板右侧的 SWD 接口引脚进行编程和软件开发更加自由。此外,RGB LED 作为模块状态指示器,可由用户配置。LR 9 Click 还配有 50Ω 阻抗的 SMA 天线连接器,兼容 MIKROE 提供的各种天线,如 433MHz 橡胶天线,以增强其连接性。此 Click board™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下操作。在使用不同逻辑电平的 MCU 之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

LR 9 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

433MHz 直角橡胶天线具有 433MHz 的频率范围,确保在此频段内的最佳性能。其 50 欧姆阻抗有助于高效的信号传输。天线的垂直极化增强了特定方向的信号接收。具有 1.5dB 增益,可以在一定程度上提高信号强度。天线能够处理最大输入功率为 50W,使其适用于各种应用。紧凑的 50mm 长度减少了空间需求。配备 SMA 公头连接器,便于与兼容设备连接。这款天线是无线通信需求的灵活解决方案,尤其在垂直极化至关重要的情况下。

LR 9 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

FW Flash
PC0
AN
Reset
PC12
RST
ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

LR 9 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 LR 9 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • lr9_send_data_frame - 此函数使用 UART 串行接口发送所需的数据帧。

  • lr9_inquire_command - 此函数使用 UART 串行接口写入所需的查询命令,可以包含或不包含等号。

  • lr9_write_command - 此函数使用 UART 串行接口写入所需的命令和参数。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief LR 9 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of LR 9 click board by processing
 * the incoming data and displaying them on the USB UART.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs a hardware reset of the device.
 *
 * ## Application Task
 * Depending on the selected mode, the application demo 
 * receives and processes all incoming data or sends the LoRa packet demo string.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void lr9_clear_app_buf ( void )
 * - static void lr9_log_app_buf ( void )
 * - static void lr9_log_receiver ( void )
 * - static void lr9_log_response ( void )
 * - static err_t lr9_process ( lr9_t *ctx )
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "lr9.h"
#include "conversions.h"

// Comment the line below to switch application mode to receiver
#define DEMO_APP_TRANSMITTER

// Default RF configuration
#define LR9_RF_CFG_DEFAULT_TX       "433000000,1,1,1,22,1"
#define LR9_RF_CFG_DEFAULT_RX       "433000000,1,1,1,1"
#define LR9_DEMO_STRING             "MikroE"

// Receiver string sequences
#define PROCESS_START_RECEIVE       "Recv:"
#define PROCESS_ATDTRX              "AT"

// Response timeout
#define RESPONSE_TIMEOUT            100000

// Application buffer size
#define APP_BUFFER_SIZE             500
#define PROCESS_BUFFER_SIZE         200

static lr9_t lr9;
static log_t logger;

static uint8_t app_buf[ APP_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;

/**
 * @brief LR 9 clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length.
 * @note None.
 */
static void lr9_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief LR 9 log application buffer.
 * @details This function logs data from application buffer to USB UART.
 * @note None.
 */
static void lr9_log_app_buf ( void );

/**
 * @brief LR 9 log receiver data.
 * @details This function logs data from receiver application buffer to USB UART.
 * @note None.
 */
static void lr9_log_receiver ( void );

/**
 * @brief LR 9 log response.
 * @details This function reads data from device and 
 * concatenates and logs data to application buffer to USB UART.
 * @note None.
 */
static void lr9_log_response ( void );

/**
 * @brief LR 9 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer. 
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #lr9_t object definition for detailed explanation.
 * @return @li @c  0 - Read some data.
 *         @li @c -1 - Nothing is read.
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t lr9_process ( lr9_t *ctx );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    lr9_cfg_t lr9_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    lr9_cfg_setup( &lr9_cfg );
    LR9_MAP_MIKROBUS( lr9_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == lr9_init( &lr9, &lr9_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    lr9_hw_reset( &lr9 );
    Delay_ms( 500 );

    lr9_inquire_command( &lr9, LR9_CMD_CTXADDRSET, LR9_EQUAL_ENABLE );
    lr9_log_response( );
    Delay_ms( 500 );

    lr9_inquire_command( &lr9, LR9_CMD_CADDRSET, LR9_EQUAL_ENABLE );
    lr9_log_response( );
    Delay_ms( 500 );

#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    log_printf( &logger, " > Transmitter < \r\n" );
    lr9_write_command( &lr9, LR9_CMD_CTX , LR9_RF_CFG_DEFAULT_TX );
    lr9_log_response( );
    Delay_ms( 500 );
#else
    log_printf( &logger, " > Receiver < \r\n" );
    lr9_write_command( &lr9, LR9_CMD_CRXS , LR9_RF_CFG_DEFAULT_RX );
    lr9_log_response( );
    Delay_ms( 500 );
#endif

    lr9_log_response( );
    Delay_ms( 500 );
}

void application_task ( void ) 
{
#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    lr9_send_data_frame( &lr9, LR9_DTRX_CONFIG_DATA, LR9_NB_TRIALS_2, LR9_DEMO_STRING );
    lr9_log_response( );
    Delay_ms( 2000 );
#else
    lr9_log_receiver( );
#endif
}

int main ( void ) 
{
    application_init( );

    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }
    
    return 0;
}

static void lr9_clear_app_buf ( void ) 
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
}

static void lr9_log_app_buf ( void )
{
    for ( int32_t buf_cnt = 0; buf_cnt < app_buf_len; buf_cnt++ )
    {
        log_printf( &logger, "%c", app_buf[ buf_cnt ] );
    }
}

static void lr9_log_receiver ( void )
{
    uint32_t timeout_cnt = 0;
    lr9_clear_app_buf( );
    lr9_process( &lr9 );
    while ( 0 == strstr( app_buf, PROCESS_START_RECEIVE ) )
    {
        lr9_process( &lr9 );
        if ( timeout_cnt++ > RESPONSE_TIMEOUT )
        {
            lr9_clear_app_buf( );
            log_printf( &logger, " Timeout\r\n" );
            break;
        }
        Delay_ms( 1 );
    }
    lr9_process( &lr9 );
    if ( strstr( app_buf, PROCESS_ATDTRX ) )
    {
        log_printf( &logger, " Receive: " );
        for ( int32_t buf_cnt = 15; buf_cnt < 15 + strlen( LR9_DEMO_STRING ); buf_cnt++ )
        {
            log_printf( &logger, "%c", app_buf[ buf_cnt ] );
        }
        log_printf( &logger, "\r\n" );
    }
    lr9_clear_app_buf( );
}

static void lr9_log_response ( void )
{
    if ( LR9_OK == lr9_process( &lr9 ) ) 
    {
        lr9_log_app_buf( );
        lr9_clear_app_buf( );
    }
}

static err_t lr9_process ( lr9_t *ctx ) 
{
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    int32_t overflow_bytes = 0;
    int32_t rx_cnt = 0;
    int32_t rx_size = lr9_generic_read( ctx, rx_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    if ( ( rx_size > 0 ) && ( rx_size <= APP_BUFFER_SIZE ) ) 
    {
        if ( ( app_buf_len + rx_size ) > APP_BUFFER_SIZE ) 
        {
            overflow_bytes = ( app_buf_len + rx_size ) - APP_BUFFER_SIZE;
            app_buf_len = APP_BUFFER_SIZE - rx_size;
            memmove ( app_buf, &app_buf[ overflow_bytes ], app_buf_len );
            memset ( &app_buf[ app_buf_len ], 0, overflow_bytes );
        }
        for ( rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ ) 
        {
            if ( rx_buf[ rx_cnt ] ) 
            {
                app_buf[ app_buf_len++ ] = rx_buf[ rx_cnt ];
            }
        }
        return LR9_OK;
    }
    return LR9_ERROR;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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