LoRa作为低功耗广域网的一员，同NB-IoT一样在物联网的地位崇高；理论上通信距离最远可达15km,在城市中达3Km。但因为工作在非工业授权频段（而NB-IoT工作于授权频段，三大移动运营商嘛），因此为保证稳定、合理的应用，使用起来就相对复杂。本贴，将使用小熊派作为嵌入式平台，采用安信可Ra01(其内核为SX127x芯片),以SPI方式对其相应的寄存器进行读写，完成基本环境搭建。

一、实验准备

1.实验环境

一块stm32开发板（推荐使用小熊派-物联网·仲 BearPi-IoT Std），以及数据线
已经安装STM32CubeMX
已经安装KeilMDK,并导入stm32开发板对应的芯片包（嵌入式平台使用的是STM32L431RCT6）
准备一个串口调试助手，我使用的是UartAssist（包含在附件中）
一个安信可Ra01模块（或者其他的以SPI通信的lora模组）

2.目标效果

通过CubeMX创建工程并配置参数
STM32以SPI协议完成对LoRa寄存器的读取与写入函数
初始化LoRa模组引脚

二、通过CubeMX生产MDK工程

A.芯片选择

打开CubeMX,进入芯片选择：

选择自己的stm32芯片（即STM32L431RCT6）：

B.时钟源RCC设置

更改系统时钟源

系统时钟默认使用内部的高速时钟（HSI），选择使用HSE，时钟更精确

设置外部时钟对应的端口

配置时钟树

STM32L431RCT6系统时钟最大可以为80MHz，我们配置到最大即可

C.参数配置（对应端口设置）

1）配置USART1

使用USART,模式为异步，波特率为115200，无硬件流控制

2)配置SPI协议

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线。

选择使用SPI1,但需要注意小熊派引出的spi引脚的映射。同时，不使用硬件片选方式，配置如下:

3)其他引脚

PA4作为SPI协议的软件片选；PB8作为LoRa模组DIO0引脚输入；PB9作为LoRa模组复位引脚

PA4->GPIO_Output
PB8->GPIO_Input
PB9->GPIO_Output

同时，为了方便引脚名字的使用，我们设置一下引脚的UserLabel

D.工程设置

一些基础的设置，包括工程名、存储位置、工程环境、工程中各个文件的组成

E.生成代码

三、代码补充

1. 串口1输出重定向

我们知道printf是打印函数，原理是根据传入的字符串参数格式化打印输出到stdout中。我们需要让printf打印到串口之中，只需要在usart.c文件中模仿printf写一个输出函数即可

在添加头文件


/* USER CODE BEGIN 0 */

#include <stdarg.h>

#include <string.h>

#include <stdio.h>

/* USER CODE END 0 */

写输出函数


/* USER CODE BEGIN 1 */

void UsartPrintf(UART_HandleTypeDef *huart, char *fmt,...)

{



    unsigned char UsartPrintfBuf[296];

    va_list ap;

    unsigned char *pStr = UsartPrintfBuf;



    va_start(ap, fmt);

    vsprintf((char *)UsartPrintfBuf, fmt, ap);    //格式化

    va_end(ap);



    while(*pStr != 0)

    {

        USART1->TDR = *pStr++;

        while((USART1->ISR & 0x40)  == 0);

    }

}

//使用方法:UsartPrintf(&huart1,"hello world\r\n");

/* USER CODE END 1 */

注意：自己添加的代码，需要在begin和end之间

2. 添加LoRa基本函数

为了方便管理，我们创建LoRa_hal.c和LoRa_hal.h两个并加入工程。主要参考LoRa sx1278/76官方驱动

在此代码中，主要为后面寄存器操作做铺垫；主要函数有：

初始化引脚
SPI发送和接受
SPI片选
LoRa硬件复位
读取DIO0电平
LoRa01Restart（）,即LoRa复位函数
SX1278ReadBuffer(),即LoRa读寄存器函数
SX1278WriteBuffer(),即LoRa写寄存器函数

前5个函数就是普通的SPI、引脚操作，函数如下：

void LoRaInit( void )
{
    // Configure SPI-->NSS as output
    HAL_GPIO_WritePin(NSS_GPIO_Port, NSS_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(RESET_GPIO_Port, RESET_Pin, GPIO_PIN_SET);
}


//spi发送和接收函数
uint8_t SpiInOut(uint8_t TxData)
{
    uint8_t Rxdata;
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,&TxData,&Rxdata,1, 1000);      
    return Rxdata;    
}


//spi片选，status=0使能（NSS拉低）status=1失能（NSS拉高）
void SpiNSSEnable(GPIO_PinState status)
{
    HAL_GPIO_WritePin(NSS_GPIO_Port, NSS_Pin, status);
}
//复位
void LoRa_ResetPinControl(GPIO_PinState status)
{
    HAL_GPIO_WritePin(RESET_GPIO_Port, RESET_Pin, status);
}
//读取DIO0电平，返回值0低电平，1高电平
uint8_t LoRaReadDio0(void)
{
    return HAL_GPIO_ReadPin(DIO0_GPIO_Port,DIO0_Pin);
}

LoRa复位函数

通过拉低复位引脚10ms后再拉高复位引脚，完成复位,并设置为空闲状态

void LoRa01Restart(void)
{
    LoRa_ResetPinControl(GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(10);
    LoRa_ResetPinControl(GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(10);
    loraStatus = RFLR_STATE_IDLE; //复位后，处于空闲状态
}

LoRa写寄存器函数

需要注意，首先设置片选信号，之后向地址写入数据（地址不包含最高位，需要将最高位设置为1，即写）

static void SX1278WriteBuffer(uint8_t addr,uint8_t *buffer,uint8_t size)
{
    uint8_t i;
    //片选SPI1,NSS=0
    SpiNSSEnable(GPIO_PIN_RESET);

    SpiInOut(addr | 0x80);
    for(i=0;i<size;i++)
    {
        SpiInOut(buffer<i>); //写入数据
    }
    //NSS=1
    SpiNSSEnable(GPIO_PIN_SET);

}

LoRa读寄存器函数

需要注意，首先设置片选信号，之后向地址写入数据（地址不包含最高位，需要将最高位设置为0，即读）

static void SX1278ReadBuffer(uint8_t addr,uint8_t *buffer,uint8_t size)
{
    uint8_t i;
    SpiNSSEnable(GPIO_PIN_RESET);//片选SPI1,NSS=0
    SpiInOut(addr & 0x7F);
    for(i=0;i<size;i++)
    {
        buffer<i> = SpiInOut(0x00);
    }
    SpiNSSEnable(GPIO_PIN_SET);//NSS=1
}

最后，我们在优化一下读写函数，因为每次读和写都是8位的，因为默认读写的都是8位，函数如下：

//写sx1278寄存器
void Write127xReg(uint8_t addr,uint8_t data)
{
    SX1278WriteBuffer(addr,&data,1);
}
//读sx1278寄存器
uint8_t Read127xReg(uint8_t addr)
{
    uint8_t u8_recive;
    SX1278ReadBuffer(addr,&u8_recive,1);
    return u8_recive;
}

最后，在LoRa_hal.h中声明这些函数，供下一步调用

下面。我们完成对LoRa的初始化函数

一、前提准备

为了使得代码的逻辑更加清晰，我们这里在.h文件中定义三个结构体，用于存放LoRa的各个参数、任务状态以及工作模式。

typedef struct _sLoRaSettings
{
    uint32_t RFFrequency;        //频率,单位Hz
    int8_t Power;                        //发射功率2~20
    uint8_t SignalBw;       // 带宽 [0: 7.8 kHz, 1: 10.4 kHz, 2: 15.6 kHz, 3: 20.8 kHz, 4: 31.2 kHz,
                          // 5: 41.6 kHz, 6: 62.5 kHz, 7: 125 kHz, 8: 250 kHz, 9: 500 kHz, other: Reserved]  带宽
    uint8_t SpreadingFactor;// 扩频因子 [6: 64, 7: 128, 8: 256, 9: 512, 10: 1024, 11: 2048, 12: 4096  chips] 扩频因子
    uint8_t ErrorCoding;    // 误码编码率 [1: 4/5, 2: 4/6, 3: 4/7, 4: 4/8]    编码率
    uint16_t PreambleLength;    //前导码长度 
}tLoRaSettings;

//定义模块状态机
typedef enum
{
    RF_IDLE,    //空闲状态
    RF_BUSY,    //模块执行任务中
    RF_RX_DONE,    //接收完成
    RF_RX_TIMEOUT,    //接收超时
    RF_TX_DONE,    //发送完成
    RF_TX_TIMEOUT,    //发送超时
    RF_CAD_DETECTED,    //CAD检测到前导码
        RF_CAD_EMPTY,    //CAD检测完成，没有检测到前导码
        RF_CAD_TIMEOUT,    //CAD超时
        RF_UNKNOW_STATUS    //异常状态机
}tRFProcessReturnCodes;

//硬件工作模式
typedef enum{
    LORA_OPMODE_SLEEP=0,//睡眠
    LORA_OPMODE_STANDBY,//待机
    LORA_OPMODE_SYNTHESIZER_TX,
    LORA_OPMODE_TRANSMITTER,//发送
    LORA_OPMODE_SYNTHESIZER_RX,//
    LORA_OPMODE_RECEIVER,//接收
    LORA_OPMODE_RECIVER_SINGLE,//单次接收
    LORA_OPMODE_CAD,//CAD
}LoRaOpModeType;

同时，为了使得我们快速完成对各个寄存器的读写，我们通过宏定义来定义一些寄存器。

二、设置LoRa模式的函数

lora一共有八种模式，同时更具数据手册，初始化LoRa时需要不断改名其相应的模式

读写LoRa模式的函数如下：

//设置Lora模式
void SX127xSetLoRaMode(void)
{
    if(0 != (Read127xReg(REG_LR_OPMODE) & RFLR_OPMODE_LONGRANGEMODE_ON))
    {
        // &0x80  设置第七位，0-fsk,1-lora
        return; //如果已经是lora模式返回
    }
    SX127xSetOpMode(LORA_OPMODE_SLEEP);
    Write127xReg(REG_LR_OPMODE,Read127xReg(REG_LR_OPMODE) | RFLR_OPMODE_LONGRANGEMODE_ON);
    //先设置为sleep，然后设置为lora模式
}
//设置opMode
void SX127xSetOpMode(LoRaOpModeType opMode)
{
    if(opMode == SX127xGetOpMode())
    {
        return;
    }
    Write127xReg(REG_LR_OPMODE,(Read127xReg(REG_LR_OPMODE) & RFLR_OPMODE_MASK) | opMode | RFLR_OPMODE_FREQMODE_ACCESS_LF);
    HAL_Delay(1);
}
//获取opMode
LoRaOpModeType SX127xGetOpMode(void)
{
    return (LoRaOpModeType)(Read127xReg(REG_LR_OPMODE) & RFLR_OPMODE_MASK);
}

三、设置载波频率

LoRa工作在非工业授权频段，最好不要将频率设置为32的整数倍。需要向载波频率地址0x06开始连续写三个数，来表示频率。

void SX127xSetFrf(void)
{
    SX127xSetOpMode(LORA_OPMODE_SLEEP);
    Write127xReg( REG_LR_FRFMSB, Frequency[0]);//射频载波频率最高有效位
    Write127xReg( REG_LR_FRFMID, Frequency[1]);//射频载波频率中间有效位
    Write127xReg( REG_LR_FRFLSB, Frequency[2]);//射频载波频率最低有效位
}

四、初始化函数

初始化函数，参入一共结构体参数，完成对LoRa的载波频率、带宽、纠错码、CRC校验、超时时间、超时时间、功率、前导码长度设置。

//SX127x初始化
void LoRa01Init(tLoRaSettings *stting)
{
    LoRaInit(); //完成初始化
    LoRa01Restart();
    while(0x6c!=Read127xReg(0x06))
    {
        UsartPrintf(&huart1,"error %d pi error\r\n",Read127xReg(0x06));
        HAL_Delay(100);
    }
    UsartPrintf(&huart1,"SPI init OK\r\n");

    SX127xSetLoRaMode(); //设置为lora模式

    if(NULL != stting)
    {//复制配置信息
        memcpy(&localSettingSave,stting,sizeof(tLoRaSettings));
    }
    //setting指向备份数据，避免修改导致setting原值改变
    stting = &localSettingSave;

    if(stting->SignalBw > 9) //带宽不大于9
    {
        UsartPrintf(&huart1,"WARRING SignalBw setting error,auto fix\r\n");
        stting ->SignalBw = 9;
    }
    if(stting->ErrorCoding > 4)
    {
        UsartPrintf(&huart1,"WARRING ErrorCoding setting error,auto fix\r\n");
        stting->ErrorCoding = 4;
    }
    if(stting->ErrorCoding < 1)
    {
        UsartPrintf(&huart1,"WARRING ErrorCoding setting error,auto fix\r\n");
        stting->ErrorCoding = 1;
    }
    if(stting->SpreadingFactor > 12)
    {
        UsartPrintf(&huart1,"WARRING SpreadingFactor setting error,auto fix\r\n");
        stting->SpreadingFactor = 12;
    }
    if(stting->SpreadingFactor <6)
    {
        UsartPrintf(&huart1,"WARRING SpreadingFactor setting error,auto fix\r\n");
        stting->SpreadingFactor = 6;
    }
    if(stting->Power > 20)
    {
        UsartPrintf(&huart1,"WARRING Power setting error,auto fix\r\n");
        stting->Power = 20;
    }
    SX127xSetFrf(stting->RFFrequency); //设置载波频率
    Write127xReg(REG_LR_MODEMCONFIG1,u8_BWList[stting->SignalBw] | u8_CRList[stting->ErrorCoding -1] | RFLR_MODEMCONFIG1_IMPLICITHEADER_OFF);//带宽、纠错码
    Write127xReg(REG_LR_MODEMCONFIG2,u8_SFList[stting->SpreadingFactor-6] | RFLR_MODEMCONFIG2_TXCONTINUOUSMODE_OFF|RFLR_MODEMCONFIG2_RXPAYLOADCRC_ON|0x03);//设置SD，CRC，超时时间
    Write127xReg(REG_LR_SYMBTIMEOUTLSB,0xFF);//设置超时时间
    Write127xReg(REG_LR_MODEMCONFIG3,0x0C);//设置低速率(包长超过16ms必须打开)，开启低速率

    if(stting->Power > 17)
    {
        Write127xReg(REG_LR_PACONFIG,0x80+stting -> Power - 5);
        Write127xReg(0x4d,0x87);//更改为更大功率
    }else{
        Write127xReg(REG_LR_PACONFIG,0x80+stting->Power-2);
        Write127xReg(0x4d,0x84);  //关闭更大功率
    }

    Write127xReg(REG_LR_OCP,0x3B); //过流保护

    //设置前导码长度
    Write127xReg(REG_LR_PREAMBLELSB,stting->PreambleLength >> 8); //高八位前导码
    Write127xReg(REG_LR_PREAMBLELSB,stting->PreambleLength&0x00ff);    //第八位前导码
}

注意，这里的

    while(0x6c!=Read127xReg(0x06))
    {
        UsartPrintf(&huart1,"error %d pi error\r\n",Read127xReg(0x06));
        HAL_Delay(100);
    }

是为了等待SPI协议正确读取，可以读取其他的寄存器如版本号寄存器。

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通过本文，完成对LoRa模组的底层驱动并完成LoRa模组的初始化函数，即对LoRa模组的载波频率、带宽、纠错码、CRC校验、超时时间、超时时间、功率、前导码长度等设置

小熊派-物联网+LoRa——实现LoRa组网（1.LoRa初始化）

一、实验准备

1.实验环境

2.目标效果

二、通过CubeMX生产MDK工程

A.芯片选择

B.时钟源RCC设置

C.参数配置（对应端口设置）

1）配置USART1

2)配置SPI协议

3)其他引脚

D.工程设置

E.生成代码

三、代码补充

1. 串口1输出重定向

2. 添加LoRa基本函数

一、前提准备

二、设置LoRa模式的函数

三、设置载波频率

四、初始化函数

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