物联网长距离无线通信技术应用与开发2.3LoRa协议栈协议栈解析与应用开发课件.pptx

1、第2章 LoRa无线通信技术开发2.3 LoRa协议栈协议栈解析与应用开发EducationSolutions目录ContentsInternet+项目场景LoRa无线系统ContikiLoRa无线函数接口分析传感器应用接口分析项目实践22:12/3项目场景LoRa网络相较于其他无线传感网络拥有更远的传输距离、拥有更好的抗干扰能力以及可控的数据收发数据，同时LoRa节点的计算能力可控。因此LoRa模块在无线传感网络领域拥有很大的使用优势，在智慧畜牧方面拥有广泛的应用。但正因为他的这些特点使得LoRa模块的配置变的复杂，企业为了方便LoRa模块的物联网项目的快速开发专门为其制定了物联网协议栈，用

2、户通过物联网协议栈可以实现快速的项目开发。因此学习协议栈的使用可以实现LoRa无线网络的快速开发。22:12/4任务目标通过基于LoRa无线网的畜牧大棚空气质量采集和调节项目实例了解LoRa的网络协议栈的工作原理和协议栈的关键接口，学习和掌握逻辑接口的使用，掌握应用接口的使用，通过使用应用接口能够实现快速的LoRa无线传感网络开发。22:12/5LoRa无线系统ContikiContiki 两个主要机制：事件驱动和 protothread 机制，前者是为了降低功耗，后者是为了节省内存。在 Contiki 系统中，事件被分为以下三种类型：进程可以设置一个定时器，在给定的时间完成之后生成一个事件，

3、进程一直阻塞直到定时器终止，才继续执行。定时器事件（timer events）外围设备连接到具有中断功能的微处理器 IO 引脚，触发中断时可能生成事件。外部事件（external events）任何进程都可以为自身或其它进程指定事件。内部事件（internal events）u 事件驱动22:12/6LoRa无线系统Contiki传统的操作系统使用栈保存进程上下文，每个进程需要一个栈，这对于内存极度受限的传感器设备将难以忍受。protothread 机制恰解决了这个问题，通过保存进程被阻塞处的行数(进程结构体的一个变量，unsiged short 类型，只需两个字节)，从而实现进程切换，当该进

4、程下一次被调度时，通过 switch(_LINE_)跳转到刚才保存的点，恢复执行。整个 Contiki 只用一个栈，当进程切换时清空，大大节省内存。u protothread 机制22:12/7LoRa无线系统ContikiContiki的用户进程建立较为简单。用户进程的建立有三个步骤，分别是定义用户进程，在进程列表中添加进程信息，编写进程实体。PROCESS(hello,hello);定义用户进程 struct process*const autostart_processes=&hello,NULL;autostart_start(autostart_processes);进程列表中添加进

5、程信息 PROCESS_THREAD(hello,ev,data).编写进程实体u contiki用户进程与程序22:12/8LoRa无线系统Contiki编写进程实体/hello进程主体PROCESS_THREAD(hello,ev,data)PROCESS_BEGIN();/进程启动while(1)/进程循环体printf(HelloWorld!rn);/进程打印信息etimer_set(&hello_timer,CLOCK_SECOND);/进程定时进入执行设置process_status=2;PROCESS_YIELD();/进程跳转PROCESS_END();/进程结束22:12/9

6、LoRa无线系统ContikiContiki包含一个时钟模型和5个定时器模型(timer,stimer,ctimer,etimer,and rtimer)5种timer简述如下：timer、stimer 提供了最简单的时钟操作,即检查时钟周期是否已经结束。程序从timer中读出状态,判断时钟是否过期。tmiers 是使用的系统时钟的ticks,而stimers是使用的秒。Ctimer 回调定时器，驱动某一个回调函数。etimer 事件定时器，驱动某一个事件。Rtimer 实时时钟。u Contiki定时器22:12/10LoRa无线函数接口分析LoRa协议栈工程主要包含三个文件夹。LoRa a

7、ppLoRa无线应用层api at-uart.c调试串口初始化 at.c提供给串口调试的AT交互协议 lora-net.cLoRa无线数据收发api接口 zxbee-sys-command.c处理下行的用户命令 zxbee.c无线数据包封包、解包 devLoRa射频驱动及部分硬件驱动 sx1278-a.cLoRa无线进程 sx1278-io.cLoRa SPI总线驱动 sx1278.cLoRa无线射频驱动 sensorLoRa节点传感器驱动 autoapps.cContiki操作系统进程列表 sensor.c传感器进程、驱动及应用 contiki-conf.hLoRa网络参数配置 contik

8、i-conf.cContiki操作系统入口22:12/11LoRa无线函数接口分析LoRa无线协议运行于Contiki操作系统，在系统启动后会运行LoRa无线进程进行无线协议的处理，并执行：LoRa射频初始化、LoRa网络参数初始化、循环监听无线收发数据响应。LoRa无线相关主要程序文件如下：函数名称函数说明sx1278-a.c启动LoRa无线协议进程，完成无线网络参数的初始化，循环监听无线收发数据响应sx1278-io.cSX1278 LoRa射频模块SPI总线读写驱动sx1278.cSX1278 LoRa射频模块驱动lora-net()LoRa无线协议初始化，无线数据收发api接口22:1

9、2/12LoRa无线函数接口分析智云框架下SX1278模块的物联网项目开发均在sensor.c文件下进行。sensor.c文件中为上层应用开发设置了五个接口函数，这五个应用开发接口函数功能描述如下表所示：u 智云传感器框架函数名称函数说明sensorInit()传感器硬件初始化sensorUpdate()传感器数据定时上报sensorControl()传感器/执行器控制函数sensorCheck()传感器预警监测及处理函数ZXBeeInfRecv()解析接收到的传感器控制命令函数PROCESS_THREAD(sensor,ev,data)传感器进程（处理传感器上报、传感器预警监测）22:12/

10、13LoRa无线函数接口分析智云框架下LoRa无线节点示例程序基于Contiki系统框架开发，详细程序流程图如下：u 智云传感器程序解析22:12/14项目实践畜牧气体采集和调节硬件框图设计如下：u 硬件功能设计22:12/15项目实践LoRa无线节点示例程序LoRaApiTest基于LoRa无线协议框架开发的详细程序流程图如下：u 软件逻辑设计22:12/16项目实践u 通信协议设计为了实现LoRa节点的数据能够实现远程与本地的识别，需要设计一套约定的通讯协议，约定的通信协议可以被远程设备和本地节点识别。根据项目特性设计通信协议如下：数据方向协议格式说明上行（节点往应用发送数据）gas=XX

11、表示采集的气体浓度值下行（应用往节点发送指令）cmd=XX为0表示关闭风扇，1表示开启风扇。22:12/17项目实践运行LoRaApiTest工程，通过IAR工具的进行程序的开发、调试，设置 断点理解LoRa无线框架程序调用关系。22:12/18项目实践LiteB-LR节点每隔20s会上传一次气体数据到应用层（气体数据是通过随机数产生）。同时通过ZCloudTools工具发送风扇控制指令（cmd=1开启风扇，cmd=0关闭风扇），可以对LiteB-LR节点风扇（实际由继电器模拟）进行开关控制。通过xLabTools和ZCloudTools工具的结合可以完成节点数据的分析和调试。22:12/19项目思考LoRa协议栈的执行思路是怎样的？LoRa协议栈是如何将AT指令融入其中的？LoRa协议栈的数据收发是如何完成的？