利用LoRa模塊SX1278實(shí)現(xiàn)Arduino與樹(shù)莓派的無(wú)線通信

無(wú)論是物聯(lián)網(wǎng)、M2M還是工業(yè)4.0，LoRa都是最流行的無(wú)線通信媒介之一。LoRa網(wǎng)絡(luò)日益普及，在世界各地都有許多LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)。它消耗非常低的功率，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。以前我們使用LoRa進(jìn)行Arduino到Arduino和ESP32到ESP32的通信。

在本教程中，我們將使用LoRa模塊SX1278在樹(shù)莓派和Arduino之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。這里Arduino將作為發(fā)射器/服務(wù)器和樹(shù)莓派作為接收器/客戶端。一個(gè)DHT 11傳感器連接到發(fā)送端，將溫度和濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端。在接收端，樹(shù)莓派將在卡宴儀表板上發(fā)布這些讀數(shù)。

組件的要求

?樹(shù)莓派4

?Arduino Uno

?SX1278 433MHz LoRa收發(fā)模塊

?DHT11

線路圖

LoRa發(fā)送器/服務(wù)器和接收器/客戶端部分的電路圖如下所示。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將使用LoRa SX1278模塊將溫度和濕度值從Arduino發(fā)送到樹(shù)莓派。DHT11傳感器連接到發(fā)送端，Arduino將從DHT11獲取溫度和濕度值，然后通過(guò)LoRa SX1278模塊將其發(fā)送給樹(shù)莓派。這些濕度和溫度值將被上傳到卡宴物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，該平臺(tái)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)從世界任何地方進(jìn)行監(jiān)控。

發(fā)送部分- LoRa與Arduino UNO的接口

在發(fā)送端，Arduino UNO與LoRa模塊和DHT11傳感器接口。Arduino UNO與LoRa和DHT11的接口如下圖所示。另外，請(qǐng)查看Arduino Uno與LoRa接口的詳細(xì)說(shuō)明。

LoRa模塊由16個(gè)引腳組成，其中6個(gè)引腳是GPIO引腳，4個(gè)是接地引腳。這個(gè)LoRa模塊工作在3.3V，因此LoRa上的3.3V引腳連接到Arduino UNO板上的3.3V引腳。下表給出了完整的連接。DHT11傳感器連接到Arduino的A0引腳。

接收器部分-接口樹(shù)莓派與LoRa模塊

在接收端，Raspberry Pi用于從LoRa receiver獲取數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到Cayenne平臺(tái)。

LoRa模塊與樹(shù)莓派之間的完整連接如下表所示。

LoRa通信的卡宴設(shè)置

卡宴是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，允許您控制微控制器。它還用于將任何傳感器數(shù)據(jù)上傳到卡宴云。在這里，來(lái)自DHT11傳感器的溫度和濕度數(shù)據(jù)將被上傳到卡宴。

首先，登錄/注冊(cè)到你的Cayenne賬戶，然后進(jìn)入Cayenne儀表盤(pán)，點(diǎn)擊“添加新”，然后點(diǎn)擊“設(shè)備/小部件”。

之后，向下滾動(dòng)并點(diǎn)擊“帶你自己的東西”。

將出現(xiàn)一個(gè)顯示設(shè)備詳細(xì)信息的窗口。復(fù)制這些細(xì)節(jié);它將在python代碼中使用。

基于LoRa通信的Arduino編程

Arduino和Raspberry Pi之間的通信使用Radiohead庫(kù)。這個(gè)庫(kù)可以從這里下載。在這里，Arduino作為發(fā)射器/服務(wù)器工作，并將DHT傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到樹(shù)莓派。

完整的Arduino代碼在頁(yè)面末尾給出。這里我們將解釋代碼的一些重要部分。

像往常一樣，通過(guò)包含所有必需的庫(kù)來(lái)開(kāi)始代碼。SPI庫(kù)用于Arduino和LoRa模塊之間的SPI通信。RH_RF95庫(kù)用于LoRa通信，DHT庫(kù)用于讀取DHT傳感器的溫濕度值。

然后定義DHT類型和連接DHT傳感器的引腳。

在真空循環(huán)中，讀取溫度和濕度值。

現(xiàn)在要將溫度和濕度值發(fā)送給樹(shù)莓派，必須將它們轉(zhuǎn)換為字符數(shù)組。為此，首先將整數(shù)值轉(zhuǎn)換為字符串，然后將溫度和濕度值添加到單個(gè)字符串中。

現(xiàn)在將字符串值轉(zhuǎn)換為字符數(shù)組。這里‘ data ’是字符串，‘ d ’是字符數(shù)組。

最后，將值發(fā)送到LoRa接收器。

樹(shù)莓派設(shè)置LoRa通信

如前所述，Radiohead庫(kù)用于Arduino和Raspberry Pi之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。LoRa模塊與SPI協(xié)議一起工作，因此我們必須在樹(shù)莓派中啟用SPI接口。使用下面的命令進(jìn)入配置窗口。

現(xiàn)在在配置窗口中，轉(zhuǎn)到接口選項(xiàng)并啟用SPI接口。

啟用SPI接口之后，現(xiàn)在使用下面的命令安裝spidev包。它是一個(gè)python模塊，用于通過(guò)spidev Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序從用戶空間連接SPI設(shè)備。

然后使用下面的命令安裝pyLoRa包。此包安裝LoRa通信所需的模型。

樹(shù)莓派LoRa通信編程

這里樹(shù)莓派作為Receiver/client，接收Arduino發(fā)送的DHT傳感器數(shù)據(jù)。

完整的Python程序在本頁(yè)末尾給出。在這里，我將解釋代碼的一些重要部分。

在代碼的開(kāi)頭，導(dǎo)入所有必需的庫(kù)。MQTT庫(kù)用于將溫度和濕度值發(fā)送到辣椒平臺(tái)。

現(xiàn)在輸入Raspberry Pi和Cayenne之間MQTT通信所需的憑據(jù)。

之后，為溫度和濕度值創(chuàng)建兩個(gè)通道。

現(xiàn)在創(chuàng)建一個(gè)帶有三個(gè)函數(shù)的LoRa類，即init、class和on_rx_done。init函數(shù)用于初始化433MHz帶寬為125khz的LoRa模塊。

start功能用于將模塊配置為接收器，獲取RSSI值、工作頻率等。

on_rx_done函數(shù)用于讀取傳入的值。然后將接收到的值移動(dòng)到一個(gè)名為payload的變量中，并使用utf-8進(jìn)行解碼，然后移動(dòng)到一個(gè)名為data的變量中。

現(xiàn)在將溫度和濕度值拆分并發(fā)布在Cayenne平臺(tái)上

建立Arduino與樹(shù)莓派之間的通信

硬件和程序準(zhǔn)備好后，將Arduino代碼上傳到Arduino板，并在Pi中啟動(dòng)python代碼。如果一切正常，您應(yīng)該看到通過(guò)shell窗口在pi中接收到的溫度和濕度值，如下所示。

現(xiàn)在使用默認(rèn)瀏覽器打開(kāi)Cayenne，您應(yīng)該在儀表板上看到溫度和濕度值，如下所示。

這就是Arduino如何使用LoRa模塊與樹(shù)莓派進(jìn)行無(wú)線通信，進(jìn)一步的樹(shù)莓派可以將傳感器數(shù)據(jù)上傳到任何云，這樣就可以從任何地方監(jiān)控它。

本文編譯自iotdesignpro