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使用RA-08和STM32F031K6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 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

LR 9 Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

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 32开发板搭载STM32F031K6 MCU,提供了一种经济且灵活的平台,适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性,便于通过专用扩展板进行功能扩展,并且支持mbed,使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器,支持通过USB重新枚举,提供三种接口:虚拟串口(Virtual Com port)、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活,可通过USB VBUS或外部电源供电。此外,还配备了三个LED指示灯(LD1用于USB通信,LD2用于电源

指示,LD3为用户可控LED)和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境(IDEs),如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE(如AC6 SW4STM32),使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

32

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择,专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座,可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器,我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容,为用户提供了一种经济且灵活的方式,使用任何STM32微控制器快速创建原型,并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针,因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器,并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式,将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合,应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 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
PA0
AN
Reset
PA11
RST
ID COMM
PA4
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
PA10
TX
UART RX
PA9
RX
I2C Clock
PB6
SCL
I2C Data
PB7
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-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly
Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly
Stepper 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Stepper 22 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-32 with STM32 MCU Access MB 1 - 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
STM32 M4 Clicker HA MCU/Select 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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