圖片來源：LoRa looks good to go

本文是以 cooking hacks 出的 SX1272 LoRa module + LoRa shield(圖左) 和 Waspmote Gateway SX1272 LoRa module(圖右) 做測試。

《前言》
要使用 LoRa 通訊，最簡單的方式就是將 LoRa module 設定相同的 channel，這樣在相同 channel 的節點就可以互相收送資料，這是 P2P 的拓撲。

如果在 P2P 模式下增加 LoRa Gateway，一方面可以讓拓撲轉變星狀，能更有效的收集資訊，另一方面也可以整合多種裝置與通訊協定，延伸資訊傳遞的方式。

圖片來源：Extreme Range Links: LoRa 868 / 900MHz SX1272 LoRa module for Arduino Waspmote and Raspberry Pi

《設定 LoRa Gateway》
我們可使用任意的終端機軟體(例如 CuteCom)和 LoRa Gateway 溝通。要注意連線的參數：

• Baudrate: 38400
• 8 Data bits
• No parity
• 1 Stop bit

如果裝置開啟成功，我們就可以開始和 LoRa Gateway 進行互動式的溝通，傳輸的訊息都是 16 進位(hexadecimal)的格式。

每一個訊息稱為 frame，有固定的格式，至少五個部份為：

1. SOH (Start of Header – ASCII 0×01)，起始通訊符號。
2. DATA(Command or return message)，實際送出或接收到的資料。
3. CR+LF (Carry return + line feed -ASCII 0x0D and 0x0A)，換行符號。
4. CRC(CRC16-Modbus)，錯誤檢查。
5. EOT (End of Transmission – ASCII 0×04)，結束通訊符號。

所有命令都需要轉成 16 進位發送，可以透過線上的工具做轉換。
而 CRC 是將 DATA 進行 CRC-16(Modbus) 運算後的值，可以透過線上的工具計算結果。

實際舉例，我們想取得目前 LoRa Gateway 的設定值，要傳送的 frame 值會是這樣：
01 52 45 41 44 0D 0A 32 41 33 31 04

其中，01 就是 SOH。52 45 41 44 就是 READ 從 ASCII 轉成 HEX 的值。0D 0A 是 CR+LF。32 41 33 31 是用 52 45 41 44 進行 CRC 的運算結果，一樣也是要轉成 HEX。04 就是 EOT。

在輸入時注意要選擇 Hex input，而 Char delay 要選擇 0 ms。

回傳的結果為：

\0x01INFO#FREC:CH_12_868;ADDR:1;BW:BW_125;CR:CR_5;SF:SF_12;SNR:0;RSSI:-105;RSSI_PACKET:119;VER:0.13
6979\0x04

因為我們在 CuteCom 沒有勾選 Hex output，因此是用 ASCII 顯示結果，回傳訊息一樣是 [SOH]DATA[CR+LF]CRC[EOT] 的形式。

• 開頭是 0x01 就是 SOH。
• DATA 部份為

  INFO#FREC:CH_12_868;ADDR:1;BW:BW_125;CR:CR_5;SF:SF_12;SNR:0;RSSI:-105;RSSI_PACKET:119;VER:0.13

  。

• 其中 INFO，表示目前的設定，用 # 分隔後面的資料。而資料格式為 name:value，資料間用 ; 分隔。
• 0D 0A 是 CR+LF。
• 6979 就是將 DATA 進行 CRC 的 ASCII 運算結果，要再轉成 HEX。
• 結尾 0x04 就是 EOT。

參數說明如下：

• FREC (frequency and channel): CH_X_Y where X is the channel and Y the frequency band. Bands allowed are 900 and 868 (MHz). Channels allowed are 10 to 17 for 868 MHz band and 00 to 12 for 900 MHz band.
• ADDR (address): Number between 1 and 255.
• BW (Bandwidth): BW_X where X can be 125, 250 or 500 KHz
• CR (coding rate): CR_X where X is a number between 5 and 8.

如果我們想將 channel 改為 12、address 改為 3、bandwidth 改成 500KHz、coding rate 改成 5，這樣的 frame 應該會長這樣(DATA 和 CRC 先用 ASCII 顯示)：

• SOH = 0x01
• DATA = SET#FREC:CH_12_868;ADDR:3;BW:BW_500;CR:CR_5;SF:SF_12
• CR+LF = 0x0D 0x0A
• CRC = 79CA
• EOT = 0x04

轉成 HEX 結果：

01 53 45 54 23 46 52 45 43 3a 43 48 5f 31 32 5f 38 36 38 3b 41 44 44 52 3a 33 3b 42 57 3a 42 57 5f 35 30 30 3b 43 52 3a 43 52 5f 35 3b 53 46 3a 53 46 5f 31 32 0d 0a 37 39 43 41 04

可以看到回傳結果就是我們剛剛的設定值，只是 SET 改成 INFO。

我們也可以再送一次 READ 確認結果。

會設定 LoRa Gateway 以後，可以試試看和 LoRa module 通訊，例如將光敏電阻的值從 LoRa module 送到 LoRa Gateway。

 

《實際測試》

Gateway：
筆記型電腦 + Waspmote Gateway SX1272 LoRa module。在該電腦上安裝 CuteCom

Node：
Raspberry Pi 2 + SX1272 LoRa Shield + LoRa module。在 Pi 上安裝 ArduPi library 和 SX1272 Libraries。
感測器為光敏電阻與 10K 電阻串連，並分別接到 Raspberry Pi LoRa Shield 的 5V、GND 和 A1。

此一範例程式是修改自 How to Send Sensor Data Using LoRa Extreme Range Connectivity Kit。

/*                                                                                                                                                                      
 *  LoRa 868 / 915MHz SX1272 Module
 *  
 *  Copyright (C) Libelium Comunicaciones Distribuidas S.L. 
 *  http://www.libelium.com 
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 *  This program is free software: you can redistribute it and/or modify 
 *  it under the terms of the GNU General Public License as published by 
 *  the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or 
 *  (at your option) any later version. 
 *  
 *  This program is distributed in the hope that it will be useful, 
 *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of 
 *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the 
 *  GNU General Public License for more details.
 *  
 *  You should have received a copy of the GNU General Public License 
 *  along with this program.  If not, see http://www.gnu.org/licenses/. 
 *  
 *  Version:           1.0
 *  Design:            David Gascón 
 *  Implementation:    Victor Boria & Luis Miguel Marti
 */

// Include the SX1272 and SPI library: 
#include 
#include "arduPiLoRa.h"

int e;
char message1 [60];
int ldr;

void setup()
{
    // Print a start message
    printf("SX1272 module and Arduino: receive packets without ACK\n");

    // Power ON the module
    sx1272.ON();
    printf("Setting power ON: state ");
    printf("%d\n",e);

    // Set transmission mode and print the result
    e = sx1272.setMode(4);
    printf("Setting Mode: state ");
    printf("%d\n",e);

    // Select frequency channel
    e = sx1272.setChannel(CH_12_868);
    printf("Setting Channel: state ");
    printf("%d\n",e);

    // Select output power (Max, High or Low)
    e = sx1272.setPower('H');
    printf("Setting Power: state ");
    printf("%d\n",e);

    // Set the node address and print the result
    e = sx1272.setNodeAddress(2);
    printf("Setting node address: state ");
    printf("%d\n",e);

    // Print a success message
    printf("SX1272 successfully configured\n");
}

void loop(void)
{
    ldr = analogRead(1);
    sprintf(message1, "ldr value: %i \r\n", ldr);
    e = sx1272.sendPacketTimeout(3, message1);
    printf(message1, "ldr value: %i \r\n", ldr);
    printf("Packet sent, state ");
    printf("%d\n",e);

    delay(5000);
}


int main (){
    setup();
    while(1){
        loop();
    }
    return (0);
}

此一程式可以用 cooking/examples/LoRa/cook.sh 進行編譯後執行。

$ cd /home/pi/cooking/examples/LoRa
$ ./cook.sh get_light_sensor.cpp
$ sudo ./get_light_sensor.cpp_exe

一開始光的強度不高時值分別為 820 和 820 和 818。但當我們拿光去照光敏電阻時，值會降低到 580 和 608。

這些值不但會顯示在螢幕，也會透過 LoRa module 傳送到 LoRa Gateway。

《結論》
根據這次的測試結果，未來如果有多個 LoRa module，將很容易的建構出一個星狀拓撲的 LAN(LoRa Area Network)。這樣低功耗長距離的傳輸協定，可能會大規模的應用在物聯網(IoT)的情境中。

參考資料：
* Extreme Range Links: LoRa 868 / 900MHz SX1272 LoRa module for Arduino Waspmote and Raspberry Pi
* LoRa Gateway tutorial
* How to Send Sensor Data Using LoRa Extreme Range Connectivity Kit