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案例介绍
有方圆5平方公里的植物园，以前是粗放式管理：植物的生长和管理全靠工作人员的经验人工检查。由于工作人员频繁检查控制，耗时耗力；植物生长环境要求精细，人工经验难以保障最佳环境；发生突发情况，不能及时处理，导致造成损失。管委会想对园区的环境（温湿度、光照强度）进行智能化监测。
要求:
保护环境，少施工；
低成本，节约经费；
先期实现点对点通信，能够在上位机查看数据，后期升级为云平台系统。
案例分析
由于植物园区的面积在5平方公里，园区尺寸较大，如果使用有线通信不可避免有大量的走线和布线施工，会影响园区环境，增大建设和施工成本。在技术上为保护园区环境，该系统选择无线通信方式较为合适。
目前较为流行的无线通信技术有蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、LoRa等，不同的通讯技术有着不同的特点，也有各自适合的应用场景。各个无线通信技术优缺点如下
序号 | 标准名称 | 标准简介 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
1 | WiFi(IEEE 802.11) | 目前最流行的无线技术之一，无限技术中传输速率比较高的，工作在2.4G和5G频段。 | 1、高速：传输速率比较快，一般能达到几十，几百兆，更甚至达到1Gbps。 | 1、覆盖范围限制：WiFi技术的信号覆盖范围有限，而且受到建筑物等物理障碍的影响更加明显，导致信号覆盖不稳定。 |
2 | 蓝牙(IEEE 802.15.1) | 目前最流行的无线技术之一，是一种短距离无线通信技术，工作频段在2．4GHz。目前最新的是蓝牙协议5.3。 | 1、低功耗：蓝牙技术的功耗很低，因此适合于使用电池供电的设备，如蓝牙耳机、智能手表等。 | 1、传输速度慢：蓝牙技术的传输速度相对较慢，最高速度只能达到几十Mbps，无法满足大数据传输的需求。 |
3 | Zigbee(IEEE 802.15.4) | 是一种短距离，低功耗无线通信技术。其最大传输速率在250Kbps，一般工作在2.4G频段。现如今多应用在工业领域 | 1、容量大：Zigbee可以采用星状，片状和网状的网络结构，最多可以形成65,535个节点的大型网络。 | 1、传输距离短：Zigbee的传输距离受到环境和信道质量的影响，通常在室内环境下的传输距离为10-100米左右，而在室外环境下的传输距离则可能更短。这限制了Zigbee在某些需要大范围覆盖的应用场景中的使用。 |
4 | LoRa | 是一种基于频移键控（FSK）和正交幅度调制（OQPSK）的调制技术，它的工作频段在433MHz、868MHz和915MHz等低频段。 | 1、长距离传输：LoRa技术采用宽带信号和调制技术，在低频段下可以实现长距离的传输，可以达到公里级别，比传统的无线通信技术更具优势。 | 1、低速率：LoRa技术的数据传输速率较慢，一般在几百bps到几千bps之间。 |
5 | NB-lot | 是一种为物联网（IoT）应用而设计的无线通信技术。它是3GPP标准中的一种低功耗广域物联网技术。由华为、爱立信和诺基亚三家公司共同研发。 | 1、覆盖范围广：NB-IoT可覆盖大范围、深度建筑物和地下区域。 | 1、速率较低：由于其低带宽，NB-IoT的数据速率较慢。 |
植物园只采集温度、湿度和光照强度等3个指标，这3个指标短时间内变化率低，所以对通信的速率要求低，可以容忍较大的时间延迟，园区内不存在特别重要明显的温场、湿度场和光照度场变化，所以不需要过于复杂的网络。综合上述：LoRa技术最为合适，先期先完成LoRa传感器节点到LoRa网关之间的点对点无线通信，LoRa网关将数据上传给上位机监测。
案例分解
结合LoRa无线通信技术，对案例进行分析，将案例分解成以下四个子任务：
任务1 LoRa驱动移植；
任务2 LoRa温湿度传感器节点程序开发；
任务3 LoRa光敏传感器节点数据采集；
任务4 LoRa网关节点汇聚传感器数据。
通过对上述项目的分析，任务一需要完成的任务为对LoRa驱动进行移植，移植成为咱们需要的系统。
任务1 LoRa驱动移植
LoRaMac-node是Semtech官方发布的LoRaWAN节点端项目开发软件包。其中包含了LoRa芯片的SPI接口驱动程序、LoRaWAN协议源代码等内容。目前该软件开发包被Semtech公开发布，共开发者使用。下载网址：https://github.com/Lora-net/LoRaMac-node/。目前已经更新到v4.5.1（截止到2023年11月20日）。软件包所含内容如下
其中软件包中主要文件夹和文件所用如下：
.vscode：用VScode打开文件的时候的一些配置；
cmake：用于构建Makefile文件；
Doc：原理图和开发环境的说明；
src：工程源码；
.gitignore：与git工具相关的文件；
.gitmodules：在多项目管理中使用；
CHANGELOG.md：为更新日志；
CMakeLists.txt：cmake工具的依赖文件；
LICENSE.txt：许可证之类的说明；
readme.md：对这个文件夹的一些详细说明；
SECURITY.md：相关安全说明文件。
在windows环境下开发我们主要关注两个文件夹Doc和src。本项目需要着重关注src文件夹，该文件夹的内容如下
apps文件夹：内主要包含LoRa应用。具体内部结构如下
其中：
LoRaMac：符合LoRaWAN规范的例程
ping-pong：点对点的例程（一发一收）
rx-sensi：接收灵敏度测试的例程
tx-cw：持续发送的例程
boards文件夹：板级驱动、库函数、MCU启动文件等，目前支持市面上主流的MCU型号，如STM32L0系列、STM32L1系列、STM32L4系列、Atmel的低功率系列等多种信号。具体结构如下
mac文件夹：LoRaWAN协议栈MAC层源代码及一些加密算法，子文件夹region里面是各个地区的参数。具体结构如下
peripherals文件夹：主要是一些外设的驱动，如：加速度计、磁力计等。sofe-se文件夹是与加密相关的文件，LoRaWAN采用的是AES-128加密。具体结构如下
radio文件夹：主要是射频驱动，包括：LR1110、SX126x系列、SX1272、SX1276。其中SX1276和SX1278的驱动是相同的，共同使用SX126x系列驱动。具体结构见下
system文件夹：单片机底层函数接口，剥离MCU的外设驱动。将不同的MCU的底层驱动封装成一样的函数接口，在适用不同MCU时调用接口即可。主要包含常见的函数有：ADC、DELAY、FIFO、GPIO、GPS、I2C、NVMM、SPI、systime、Timer和UART等。具体机构见下
随着项目的需求不同，src文件夹中的文件有些需要修改有些不需要改动，有些属于定制或者重新开发。
LoRa移植
步骤一：
将下载的资源包Lora Mac NODE master解压到适当位置，将文件内的 src文件夹保留，其余删除，用不到这些文件。在 LoRa-Mac-node-master 文件夹内新建 project 文件夹，并将 src 重命名为source，进入到路径 Lora Mac NODE master source下apps 文件夹内，是应用层相关的源码， boards文件夹下的文件都是和硬件平台相关的，用的 MCU 是STM32L151，所以相对应的也就需要将boards文件夹的文件替换为 STM32L151 相关的驱动和HAL库。peripherals是外设相关的驱动源码。
将 Lora 源码资源 source 下的 apps、boards、peripherals复制替换到 LoRaMac-node-master的source文件夹下，替换掉协议中原有的文件，即可将原有协议中的应用层固件库外设替换为自己的硬件平台了。
Lora源码资源下的库为STM32L151，HAL库是从软件STM32CubeMX中下载，也可以在ST公司官方网站下载，STM32Cube_FW_l1_v180.zip 压缩包中提取出来的，这也保障了可以将软件 STM32CubeMX 生成的初始化代码移植到工程模板中，可使用。
步骤二：
新建keil工程。打开keil软件，点击菜单栏"Project"，再点击"New µVision Project" ，在弹出的窗口里面找到路径..\LoRa-Mac-node-master\project， 将keil工程命名为 LoRaModem，并点击保存。弹出选择设备的窗口，在“Search：”栏目中填入“STM32L151C8”，然后选中搜索到的芯片，再次点击“OK ”。软件跳转到“Manage Run-Time Environment ”的窗口，此时直接点击“OK ”。
步骤三：
建立目标工程和分组。点击“Manage Project Items ”按钮，并在“Project Targets” 此栏下点击新建图标，并填入“LoRa”。在“Groups”栏下点击新建图标，并依次填入：apps、boards\hardware、boards\hardware\cmsis、boards\mcu、boards\mcu\STM32L1xx_HAL_Driver、peripherals、radio、system。
这些组名与路径名相对应，在这里组名就是路径名。点击“apps”，再点击按钮 “Add Files”，在弹出的窗口中浏览到路径..\LoRa-Mac-node-master\source\apps 。文件类型选“*.c”，并选中“main.c”和“NS_Radio.c”，点击“Add”按钮，再将文件类型选为“*.h”，点击“user_define.h”，并点击“Add”按钮，最后点击“Close”按钮，这就完成将apps文件夹下的源码添加到工程中，按添加apps文件夹下的源码到工程的方法依次给boards\hardware、boards\hardware\cmsis、boards\mcu、boards\mcu\STM32L1xx_HAL_Driver、peripherals、radio、system添加源码文件。各个源码文件都在组名对应的路径中或子目录下。
注意：在添加STM32L1xx_HAL_Driver下的“*.c”源文件时，建议添加所有“*.c”源文件，不要添加“stm32l1xx_ll*.s”文件，这里的“*”代表任意长度的字符。不要把“stm32l1xx_hal_timebase_tim_template.c”添加进来，因为该文件内的函数“HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()” 已经在“tim_board.c”有定义，如果包含进来将导致函数重复定义。此外，“stm32l1xx_hal_msp_template.c”也不需要添加进来。
步骤四：
添加原文件配置工程生成HEX文件，点击菜单栏Options for Target 图标，点击“Output”标签，勾选“Create HEX File”，同时注意：“Name of Executable：” 右侧文本框内是否有文字内容，无内容填入合适的文件名。工程编译结束后，将生成以该文件名为名称的HEX文件，按照之前的配置工程编译成功后生成文件LoRaModeM .hex。
步骤五：
添加预编译符号，点击菜单栏Options for Target 图标，点击“C/C++”标签，在“Define”一栏中填入“USE_HAL_DRIVER STM32L151xB USE_DEBUGGER USE_BAND_433 USE_MODEM_LORA”，并勾选 C99 Mode。最后点击 OK 按钮保存配置。
步骤六：
添加编译包含路径，点击菜单栏Options for Target 图标，点击“C/C++”标签，再点击Include Paths右侧的按钮，随后弹出配置文件夹窗口，点击新建图标，窗体内将跳出新的输入框，点击输入框右侧的按钮，找到apps文件夹所在的路径，点击apps文件夹，再点击“选择文件夹”按钮。此时点击下配置文件夹窗口内的空白处，输入框内的路径将变成相对路径。点击配置文件夹窗口的按钮“OK”，保存路径配置。最后点击 Options for Target窗口的按钮“OK”，保存配置选项。这就完成了apps文件夹的添加过程。编译器编译的时候，将会从apps文件夹内检索头文件，依次添加余下的编译包含路径。
步骤七：
修改代码，打开路径..\LoRa-Mac-node-master\source\system 下的gpio.h， 可以看到该文件有代码语句：“#include “pinName-ioe.h””，将该代码语句删除。pinName-ioe.h是原协议站扩展的GPIO用的驱动源码的头文件，本程序不使用，故删除该段代码语句，否则将引起编译时报错。
在user_define.h中添加宏定义：“#define USE_SX1276_RESET false”，并在sx1276.c中的函数SX1276Reset()前后添加：“#if(USE_SX1276_RESET!=false)”和 “#endif”，就可以做到既保留了源码又不编译该函数内的代码的作用。最后关闭工程源码，并将工程源码文件夹由“LoRaMac-node-master”重命名为：“LoRaModemProject”，再次打开工程重新编译。工程编译完成后，可以看到 Build Output窗口中无错误也无警告，到这里就完成了SX1278的驱动移植。
