物联网长距离无线通信技术应用与开发 2.2 LoRa开发平台和开发工具
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LoRa与SX1278
SX1278功能特性 SX1278包含两个定时基准、一个RC振荡器以及一个32M晶振。射频前
端和数字状态机所有重要参数均可通过一个SPI接口进行配置，通过SPI 可以访问SX1278的配置寄存器。 电气特性：供电电压3.3V，晶振32MHz，低频段169M和433M高频段 868M-915M，带宽125K，扩频因子12，纠错率4/6，负载长度64个字 节 ，序列长度12个符号(可编程寄存器 序列长度为8)。 SPI通信时钟10MHz，引脚变化时间ns级。
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项目思考
LoRa模块使用的是那种操作指令？ LoRa加入协议栈的意义是什么？ SX1278入网过程是怎样的？
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LoRa开发工具
xLabTools调试工具
LoRa AP连接到xLabTools工具上时可以查看网络信息和该LoRa AP所组建的网络 下的节点反馈的信息，并能够通过调试窗口向网络内各节点发送数据；将终端节 点或路由节点连接到xLabTools工具上时可以实现对终端节点数据的监测，并能够 通过工具向LoRa AP发送指令。
采用SX127x网关的私有协议主要用于低成本的小规模组网，由于SX127x仅支持单 通道的LoRa无线数据收发，所以需要在设计上实现节点的分时复用。LoRa私有协 议对应的项目具有一些要求： 1）节点数目较少；2）上报和下发通信具有定时规 律；3）对带宽的要求很低。LoRa私有协议节点分时复用逻辑图如下：
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LoRa开发工具
PortHelper调试工具
PortHelper是一款功能强大的程序调试工具，该工具除了基本的串口调试功能外 还集成有串口监视器、USB调试器、网络调试器、网络服务器、蓝牙调试器以及 一些辅助的代码开发工具。此处使用到的就是PortHelper的串口调试功能。 PortHelper串口调试界面如下：
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项目场景
Ti公司为SX1278 LoRa传感网络开发提供了各种开发环境、网络调 试工具等，方便进行产品开发设计及工程运维中的故障调试。在实 际物联网应用场景中，智慧畜牧系统的工程现场环境、布局、设施 改造等都会传感网调试带了很大影响。通过对各种软件工具的使用， 能够优化设备性能和排除故障，让系统稳定运行。
• CLAA提供标准化、系列化的无线物联网网关(IWG)、统一应用标准和接 口规范，即装即用，所有联盟成员基于此类设备和规范部署的基站均为
全国型CLAA网络的一部分，具有在全国范围内可共享的技术基础。
全国性云化核 心网扩展了共
享的范围
• CLAA提供免费的全国性核心网，所有应用终端和传感器都可以通过 CLAA基站接入该核心网，正是因为这个全国性云化核心网络的存在， 让不同用户海量设备有了共享的管理平台支撑，所有终端均可在这个弹
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LoRa无线协议
LoRa网络参数
根据LoRa模块的网络特性，必须保持LoRa组网条件的几个参数必须相同，分别
为：网络ID、基频频率（FP）、扩频因子（SF）、带宽（BW）、编码率（CR）。
通过工程源码可以直接修改LiteB-LR节点的网络参数，打开工程文件zonesion ->
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LoRa无线协议
LoRaWAN协议是由 LoRa联盟推动的一种 低功耗广域网协议，针 对低成本、电池供电的 传感器进行了优化，包 括不同类别的节点，优 化了网络延迟和电池寿 命。LoRa联盟标准化 了LoRaWAN，以确保 不同国家的LoRa网络 是可以互操作的。
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LoRa -> contiki-conf.h，相关网络参数如下。
/*LoRa网络标识*/
#define LoRa_NET_ID
0x32 // 应用组ID：0x01~0xFE
#define LoRa_PS
15 // 前导码长度：4---100
#define LoRa_PV
15 // 发射功率：0---20
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LoRa开发工具
LoRaUtility参数计算工具
通过网络参数的设置，可以让LoRa通信达到项目最优，可以通过LoRa网络配置 工具LoRaUtility来进行网络参数设置。 1）LoRa数据速率DR计算公式：DR = SF*(BW/2^SF)*CR 2）理解LoRa无线传输空中消耗时间。
第2章 LoRa无线通信技术开发
2.2 LoRa开发平台和开发 工具
目录 Contents
项目场景 LoRa 与SX1278 LoRa无线协议 LoRa开发工具 项目实践
Education Solutions
Internet+
任务目标
以智慧畜牧项目为例对LoRa节点所组建的智慧畜牧网络进行工程编 辑和调试，并使用官方和企业调试工具对网络进行调试，并学习和 掌握LoRa网络的组网参数含义和网络调试过程。
1.ZCloudTools可以完成LoRa网络拓扑图 的监测。
2.ZCloudTools可以完成节点应用层数据 包的监测。
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开发实践
xLabTools分析数据
1）xLabTools工具可以读取和修改LoRa节点网络参数。 2）xLabTools工具可以读取节点收到的数据包，并解析数据包。 3）xLabTools工具可以通过连接的节点发送自定义的数据包到应用层。 4）通过连接LoRa AP节点，xLabTools工具可以分析LoRa AP接收的数据，并可 下行发送数据进行调试。
#define LoRa_HOP
0 // 跳频开关：0--1
#defineLoRa_HOPTAB
{431,435,431,435,431,435,431,435,431,435} // 跳
频表
/* 基频*/
#define LoRa_FP
433 // 基频
/* */
#define LoRa_SF
8 // 扩频因子：6--12
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LoRa开发工具
J-Flash ARM工具
J-Flash ARM工具是IAR提供的烧写工具，通过该工具可以实现STM32F103芯片 的擦除和代码程序的固化，J-Flash ARM工具如下图所示:
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LoRa开发工具
ZCloudTools协议工具（Android端）
#define LoRa_CR
1 // 编码率：1--4对应：4/5、4/6、4/7、4/8
#define LoRa_BW
5 // 带宽：0--9
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LoRa开发工具
IAR开发工具
LiteB-LR无线节点集成ARM Cortex-M3 STM32F103处理器，可以采用IAR Embedded Workbench for ARM开发环境进行软件开发。
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LoRa与SX1278
SX1278芯片只具有LoRa射频功能，一般需要通过MCU来驱动，二者之 间通过SPI接口通信。本文采用ST公司的ARM Cortex-M3 STM32F103 芯片来作为SX1278射频模组的主处理器，该处理器主要完成三部分内容： SX1278无线射频驱动、传感器外设驱动及应用、LoRa无线协议系统。 具体硬件连接示意图如下：
• 通过多信道接入、频率切换、自适应速率LoRaWAN网络相对于基于 LoRa物理层的点对点或者点对多点应用数据容量更大，能接入节点更多， 可扩展性强。有利于应用开发商开发较大规模应用和持续升级性应用。
• LoRaWAN通过对使用的设备进行分类，以适配不同应用场景，不同设 备类别需要平衡下行通讯延迟和电池寿命。
LoRa无线协议
LoRa CLAA无线协议的优势
按需部署的保 障
• CLAA联盟成员超过90家，涵盖了网络、芯片、模组、终端、应用等产 业链各环节，各参与者在低功耗广域网络领域已积累不少经验;作为联盟 发起者，中兴通讯深耕政企行业市场多年，对各行业需求的理解也非常
深入。
统一基站、标 准和接口推动 共享的接入网
性云端接入后实现全网服务，把可共享的范围扩展到全国各行业中。
多层次合作模 式让多方有利
可图
• CLAA已推出面对独立运营商、大型战略合作伙伴、中小型客户和专业 渠道商四类合作者的商业模式，基本涵盖了不同层次的业务范畴，可以
说是产业联盟中建立起合作的游戏规则。
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LoRa无线协议
LoRa私有协议
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LoRa与SX1278
SX1278 LoRa芯片主要用于超长距 离扩频通信，抗干扰性强，能够最 大限度降低电流消耗。借助LoRa专 利调制技术，SX1278具有超过148dBm的高灵敏度，+20dBm的 功率输出，传输距离远，可靠性高。 同时，相对传统调制技术，LoRa调 制技术在抗阻塞和选择方面也具有 明显优势，解决了传统设计方案无 法同时兼顾距离、抗干扰和功耗的 问题。SX1278模块如下图所示。
CloudTools工具是一款企业开发一款无线传感网综合分析测试工具，提供网络拓 扑图、数据包分析、传感器信息采集和控制、传感器历史数据查询等功能。 ZCloudTools调试工具界面如下：
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LoRa开发工具
ZCloudTools协议工具（PC端）
PC端调试工具为ZCloudWebTools，该工具可直接在PC的浏览器上运行，功能于 ZCloudTools工具类似。ZCloudWebTools工具界面如下：
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开发实践
LoRa网络参数设置
了解LoRa无线协议源码结构，通过contiki-conf.h文件修改LoRa网络参数。
16:2序
通过J-Flash ARM工具可以对节点程序进行固化烧写。
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开发实践
ZCloudTools网络拓扑
• LoRaWAN网络设计了节点接入认证，数据加密等安全机制。这些机制经 过业界专家审查，并经过全球各个技术公司的多种应用验证，在安全性 上相对于应用开发商的临时协议会高很多。为应用的持续安全提供保障。
• LoRaWAN无论在部署还是在对技术设施的要求上，都比已存系统更有成 本优势。一图以蔽之。
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LoRa无线协议
LoRaWAN协议主要特性
具有兼容性
• 不同厂家的不同传感器节点可以接入同一个LoRaWAN网络，在 LoRaWAN的协议和数据云平台端的接口是统一的。
LoRaWAN区域 性规范
网络容量大
终端设备的多 样性
安全性好
LoRaWAN的优 势
• LoRaWAN规范规定了欧洲、北美、中国、日本、韩国、印度等不同区 域的要求。
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LoRa与SX1278
SX1278 LoRa无线模组硬件系统如下：
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LoRa与SX1278
SX1278的模块操作
SX1278除了是一个射 频模块以外，本身还是 一个可编程逻辑器件， 但逻辑编程需要外接的 控制芯片来完成，通过 SPI总线向模块的寄存 器写入数据，可以实现 模块的功能配置，网络 配置，数据收发和IO控 制等。
LoRa与SX1278
SX1278功能特性 SX1278包含两个定时基准、一个RC振荡器以及一个32M晶振。射频前
端和数字状态机所有重要参数均可通过一个SPI接口进行配置，通过SPI 可以访问SX1278的配置寄存器。 电气特性：供电电压3.3V，晶振32MHz，低频段169M和433M高频段 868M-915M，带宽125K，扩频因子12，纠错率4/6，负载长度64个字 节 ，序列长度12个符号(可编程寄存器 序列长度为8)。 SPI通信时钟10MHz，引脚变化时间ns级。
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项目思考
LoRa模块使用的是那种操作指令？ LoRa加入协议栈的意义是什么？ SX1278入网过程是怎样的？
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LoRa开发工具
xLabTools调试工具
LoRa AP连接到xLabTools工具上时可以查看网络信息和该LoRa AP所组建的网络 下的节点反馈的信息，并能够通过调试窗口向网络内各节点发送数据；将终端节 点或路由节点连接到xLabTools工具上时可以实现对终端节点数据的监测，并能够 通过工具向LoRa AP发送指令。
采用SX127x网关的私有协议主要用于低成本的小规模组网，由于SX127x仅支持单 通道的LoRa无线数据收发，所以需要在设计上实现节点的分时复用。LoRa私有协 议对应的项目具有一些要求： 1）节点数目较少；2）上报和下发通信具有定时规 律；3）对带宽的要求很低。LoRa私有协议节点分时复用逻辑图如下：
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LoRa开发工具
PortHelper调试工具
PortHelper是一款功能强大的程序调试工具，该工具除了基本的串口调试功能外 还集成有串口监视器、USB调试器、网络调试器、网络服务器、蓝牙调试器以及 一些辅助的代码开发工具。此处使用到的就是PortHelper的串口调试功能。 PortHelper串口调试界面如下：
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项目场景
Ti公司为SX1278 LoRa传感网络开发提供了各种开发环境、网络调 试工具等，方便进行产品开发设计及工程运维中的故障调试。在实 际物联网应用场景中，智慧畜牧系统的工程现场环境、布局、设施 改造等都会传感网调试带了很大影响。通过对各种软件工具的使用， 能够优化设备性能和排除故障，让系统稳定运行。
• CLAA提供标准化、系列化的无线物联网网关(IWG)、统一应用标准和接 口规范，即装即用，所有联盟成员基于此类设备和规范部署的基站均为
全国型CLAA网络的一部分，具有在全国范围内可共享的技术基础。
全国性云化核 心网扩展了共
享的范围
• CLAA提供免费的全国性核心网，所有应用终端和传感器都可以通过 CLAA基站接入该核心网，正是因为这个全国性云化核心网络的存在， 让不同用户海量设备有了共享的管理平台支撑，所有终端均可在这个弹
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LoRa无线协议
LoRa网络参数
根据LoRa模块的网络特性，必须保持LoRa组网条件的几个参数必须相同，分别
为：网络ID、基频频率（FP）、扩频因子（SF）、带宽（BW）、编码率（CR）。
通过工程源码可以直接修改LiteB-LR节点的网络参数，打开工程文件zonesion ->
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LoRa无线协议
LoRaWAN协议是由 LoRa联盟推动的一种 低功耗广域网协议，针 对低成本、电池供电的 传感器进行了优化，包 括不同类别的节点，优 化了网络延迟和电池寿 命。LoRa联盟标准化 了LoRaWAN，以确保 不同国家的LoRa网络 是可以互操作的。
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LoRa -> contiki-conf.h，相关网络参数如下。
/*LoRa网络标识*/
#define LoRa_NET_ID
0x32 // 应用组ID：0x01~0xFE
#define LoRa_PS
15 // 前导码长度：4---100
#define LoRa_PV
15 // 发射功率：0---20
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LoRa开发工具
LoRaUtility参数计算工具
通过网络参数的设置，可以让LoRa通信达到项目最优，可以通过LoRa网络配置 工具LoRaUtility来进行网络参数设置。 1）LoRa数据速率DR计算公式：DR = SF*(BW/2^SF)*CR 2）理解LoRa无线传输空中消耗时间。
第2章 LoRa无线通信技术开发
2.2 LoRa开发平台和开发 工具
目录 Contents
项目场景 LoRa 与SX1278 LoRa无线协议 LoRa开发工具 项目实践
Education Solutions
Internet+
任务目标
以智慧畜牧项目为例对LoRa节点所组建的智慧畜牧网络进行工程编 辑和调试，并使用官方和企业调试工具对网络进行调试，并学习和 掌握LoRa网络的组网参数含义和网络调试过程。
1.ZCloudTools可以完成LoRa网络拓扑图 的监测。
2.ZCloudTools可以完成节点应用层数据 包的监测。
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开发实践
xLabTools分析数据
1）xLabTools工具可以读取和修改LoRa节点网络参数。 2）xLabTools工具可以读取节点收到的数据包，并解析数据包。 3）xLabTools工具可以通过连接的节点发送自定义的数据包到应用层。 4）通过连接LoRa AP节点，xLabTools工具可以分析LoRa AP接收的数据，并可 下行发送数据进行调试。
#define LoRa_HOP
0 // 跳频开关：0--1
#defineLoRa_HOPTAB
{431,435,431,435,431,435,431,435,431,435} // 跳
频表
/* 基频*/
#define LoRa_FP
433 // 基频
/* */
#define LoRa_SF
8 // 扩频因子：6--12
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LoRa开发工具
J-Flash ARM工具
J-Flash ARM工具是IAR提供的烧写工具，通过该工具可以实现STM32F103芯片 的擦除和代码程序的固化，J-Flash ARM工具如下图所示:
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LoRa开发工具
ZCloudTools协议工具（Android端）
#define LoRa_CR
1 // 编码率：1--4对应：4/5、4/6、4/7、4/8
#define LoRa_BW
5 // 带宽：0--9
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LoRa开发工具
IAR开发工具
LiteB-LR无线节点集成ARM Cortex-M3 STM32F103处理器，可以采用IAR Embedded Workbench for ARM开发环境进行软件开发。
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LoRa与SX1278
SX1278芯片只具有LoRa射频功能，一般需要通过MCU来驱动，二者之 间通过SPI接口通信。本文采用ST公司的ARM Cortex-M3 STM32F103 芯片来作为SX1278射频模组的主处理器，该处理器主要完成三部分内容： SX1278无线射频驱动、传感器外设驱动及应用、LoRa无线协议系统。 具体硬件连接示意图如下：
• 通过多信道接入、频率切换、自适应速率LoRaWAN网络相对于基于 LoRa物理层的点对点或者点对多点应用数据容量更大，能接入节点更多， 可扩展性强。有利于应用开发商开发较大规模应用和持续升级性应用。
• LoRaWAN通过对使用的设备进行分类，以适配不同应用场景，不同设 备类别需要平衡下行通讯延迟和电池寿命。
LoRa无线协议
LoRa CLAA无线协议的优势
按需部署的保 障
• CLAA联盟成员超过90家，涵盖了网络、芯片、模组、终端、应用等产 业链各环节，各参与者在低功耗广域网络领域已积累不少经验;作为联盟 发起者，中兴通讯深耕政企行业市场多年，对各行业需求的理解也非常
深入。
统一基站、标 准和接口推动 共享的接入网
性云端接入后实现全网服务，把可共享的范围扩展到全国各行业中。
多层次合作模 式让多方有利
可图
• CLAA已推出面对独立运营商、大型战略合作伙伴、中小型客户和专业 渠道商四类合作者的商业模式，基本涵盖了不同层次的业务范畴，可以
说是产业联盟中建立起合作的游戏规则。
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LoRa无线协议
LoRa私有协议
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LoRa与SX1278
SX1278 LoRa芯片主要用于超长距 离扩频通信，抗干扰性强，能够最 大限度降低电流消耗。借助LoRa专 利调制技术，SX1278具有超过148dBm的高灵敏度，+20dBm的 功率输出，传输距离远，可靠性高。 同时，相对传统调制技术，LoRa调 制技术在抗阻塞和选择方面也具有 明显优势，解决了传统设计方案无 法同时兼顾距离、抗干扰和功耗的 问题。SX1278模块如下图所示。
CloudTools工具是一款企业开发一款无线传感网综合分析测试工具，提供网络拓 扑图、数据包分析、传感器信息采集和控制、传感器历史数据查询等功能。 ZCloudTools调试工具界面如下：
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LoRa开发工具
ZCloudTools协议工具（PC端）
PC端调试工具为ZCloudWebTools，该工具可直接在PC的浏览器上运行，功能于 ZCloudTools工具类似。ZCloudWebTools工具界面如下：
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开发实践
LoRa网络参数设置
了解LoRa无线协议源码结构，通过contiki-conf.h文件修改LoRa网络参数。
16:2序
通过J-Flash ARM工具可以对节点程序进行固化烧写。
16:20 / 23
开发实践
ZCloudTools网络拓扑
• LoRaWAN网络设计了节点接入认证，数据加密等安全机制。这些机制经 过业界专家审查，并经过全球各个技术公司的多种应用验证，在安全性 上相对于应用开发商的临时协议会高很多。为应用的持续安全提供保障。
• LoRaWAN无论在部署还是在对技术设施的要求上，都比已存系统更有成 本优势。一图以蔽之。
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LoRa无线协议
LoRaWAN协议主要特性
具有兼容性
• 不同厂家的不同传感器节点可以接入同一个LoRaWAN网络，在 LoRaWAN的协议和数据云平台端的接口是统一的。
LoRaWAN区域 性规范
网络容量大
终端设备的多 样性
安全性好
LoRaWAN的优 势
• LoRaWAN规范规定了欧洲、北美、中国、日本、韩国、印度等不同区 域的要求。
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LoRa与SX1278
SX1278 LoRa无线模组硬件系统如下：
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LoRa与SX1278
SX1278的模块操作
SX1278除了是一个射 频模块以外，本身还是 一个可编程逻辑器件， 但逻辑编程需要外接的 控制芯片来完成，通过 SPI总线向模块的寄存 器写入数据，可以实现 模块的功能配置，网络 配置，数据收发和IO控 制等。