随着物联网、互联汽车、M2M、工业4.0等的出现，LoRa越来越受欢迎。由于其能够以非常低的功率进行长距离通信，因此它非常适合设计人员用于发送/接收来自电池供电的数据。我们已经讨论了LoRa的基础知识以及如何在Arduino中使用LoRa。尽管该技术最初旨在使LoRa节点与LoRa网关通信，但是在许多情况下，LoRa节点必须与另一个LoRa节点通信以长距离交换信息。

因此，在本篇文章中，我们将学习如何使用树莓派Raspberry的LoRa模块SX1278与连接到Arduino微控制器的另一个SX1278进行通信。这种方法在很多地方都可以派上用场，因为Arduino可以作为服务器从传感器获取数据并通过LoRa远程发送到树莓派，然后作为客户端的树莓派可以接收这些信息并将其上传到云平台，因为它可以访问互联网。听起来很有意思吧？那么，让我们开始吧。

所需的材料

●    SX1278 433MHz LoRa模块

●    433MHz LoRa天线

●    Arduino UNO开发板

●    树莓派3

注意：始终使用带有433 MHz天线的SX1278 LoRa模块；否则模块可能会损坏。

连接Raspberry Pi与LoRa

在我们开始编写软件之前，让我们先准备好硬件。 SX1278是一款16引脚Lora模块，可通过SPI进行通信。 Raspberry pi还支持3.3V逻辑电平，并具有内置SPI端口和3.3V稳压器。所以我们可以直接将LoRa模块与Raspberry Pi连接起来。连接表如下所示

树莓派	SX1278模块
3.3V	3.3V
Ground	Ground
GPIO 10	MOSI
GPIO 9	MISO
GPIO 11	SCK
GPIO 8	Nss / Enable
GPIO 4	DIO 0
GPIO 17	DIO 1
GPIO 18	DIO 2
GPIO 27	DIO 3
GPIO 22	RST

您也可以使用下面的电路图作为参考。请注意，电路图是使用RFM9x模块创建的，与SX1278模块非常相似，因此下图中的外观可能不同。

连接非常简单，唯一您可能遇到的问题是SX1278模块不兼容面包板，因此您必须直接使用连接线进行连接或使用两个小型面包板，如下所示。此外，很少有人建议使用单独的3.3V电源为LoRa模块供电，因为树莓派可能无法提供足够的电流。然而，作为低功率模块的Lora应该在Pi的3.3V上工作，我测试了它并发现它没有任何问题。但是，仍然需要一点点注意。树莓派与LoRa模块的实际连接设置如下所示

将Arduino与LoRa连接起来

Arduino模块的连接与我们之前教程中使用的连接一样。唯一的区别是没有使用Sandeep Mistry的库，我们将使用基于Radio head的Rspreal库，我们将在本项目的后面讨论。电路如下

您可以再次使用Arduino Uno上的3.3V引脚或使用单独的3.3V稳压器。在这个项目中，我使用了板载稳压器。下面给出了引脚连接表，以帮助您轻松建立连接。

LoRa SX1278模块	Arduino UNO开发板
3.3V	3.3V
En/Nss	D10
G0 / DIO0	D2
SCK	D13
MISO	D12
MOSI	D11
RST	D9

由于模块不适合面包板，我直接使用连接线进行连接。连接建立完成后，Arduino LoRa设置将如下所示

用于Raspberry Pi的pyLoRa

有许多python包可以与LoRa一起使用。通常，Raspberry Pi用作LoRaWAN以从多个LoRa节点获取数据。但是，在本文中，我们的目标是在两个Raspberry Pi模块之间或Raspberry Pi和Arduino之间进行点对点通信。所以，我决定使用pyLoRa包。它有一个rpsreal LoRa Arduino和rpsreal LoRa Raspberry pi模块，可用于Arduino和Raspberry Pi环境。现在，让我们关注Raspberry Pi环境。

为LoRa模块配置Raspberry Pi

如前所述，LoRa模块使用SPI通信，因此我们必须在树莓派上启用SPI，然后安装pylora软件包。打开Pi的终端窗口后，按照以下步骤执行相同操作。再次，我使用putty连接到树莓派，你可以使用方便的方法。

第1步：使用以下命令进入配置窗口。要获得以下窗口，使用以下指令：

1. sudo raspi-config

复制代码

第2步：导航到接口选项并启用SPI，如下图所示。我们必须启用SPI接口，因为我们讨论过LCD和PI通过SPI协议进行通信

第3步：保存更改并返回终端窗口。确保更新了pip和python，然后使用以下命令安装RPi.GPIO程序包。

1. pip install RPi.GPIO

复制代码

该封装类将帮助我们控制Pi上的GPIO引脚。如果安装成功，界面将如下所示

第4步：类似地继续使用以下命令安装spidev包。 Spidev是Linux的python绑定，可用于在Raspberry Pi上执行SPI通信。

1. pip install spidev

复制代码

如果安装成功，终端应如下所示。

第5步：接下来让我们使用以下pip命令安装pyLoRa包。该软件包安装与LoRa关联的Radio模型。

1. pip install pyLoRa

复制代码

如果安装成功，您将看到以下界面。

PyLoRa软件包还支持加密通信，可以无缝地与Arduino和Raspberry Pi一起使用。这将改善您的通信中的数据安全性。但是你必须在这一步之后安装单独的包，我没有这样做，因为加密不在本文的范围内。您可以按照上面的github链接获取更多详细信息。

之后，在此步骤中，您可以将包路径信息添加到pi，并尝试使用最后给出的python程序。但我无法成功添加路径，因此必须手动下载库并直接使用相同的程序。所以我不得不继续以下步骤

第6步：使用以下命令下载并安装python-rpi.gpio包和spidev包。

1. sudo apt-get install python-rpi.gpio python3-rpi.gpio
   
2. sudo apt-get install python-spidev python3-spidev

复制代码

在两次安装之后，终端窗口应该显示类似的内容。

第7步：还要安装git，然后用它来克隆我们的Raspberry Pi的python目录。您可以使用以下命令执行此操作。

1. sudo apt-get install git
   
2. sudo git clone https://github.com/rpsreal/pySX127x

复制代码

完成此步骤后，您应在Raspberry Pi主文件夹中找到SX127x子目录。这将包含与库关联的所有必需文件。

编程Raspberry Pi for LoRa

在点对点LoRa通信中，发送信息的模块称为服务器，并且接收该信息的模块被称为客户端。在大多数情况下，Arduino将在现场使用传感器来测量数据，Pi将用于接收这些数据。因此，我决定在文中将Raspberry Pi用作客户端，将Arduino用作服务器。完整的Raspberry Pi客户端程序可以在本页底部找到。在这里，我将尝试解释程序中的重要部分。

小心：确保程序文件与SX127x库文件夹所在的目录相同。如果要移植项目，可以复制此文件夹并在任何地方使用它。

该程序非常简单，我们必须将LoRa模块设置为433Mhz，然后监听传入的数据包。如果我们收到任何东西，我们就可以在控制台上打印它我们一如既往地通过导入所需的python库来开始程序。

1. from time import sleep
   
2. from SX127x.LoRa import *
   
3. from SX127x.board_config import BOARD
   
4. BOARD.setup()

复制代码

本例中，时间包用于创建延迟，Lora包用于LoRa通信，board_config用于设置板和LoRa参数。我们还使用BOARD.setup()函数设置了电路板。

接下来，我们创建具有三个定义的python LoRa类。由于我们只是缩进使程序作为raspberry客户端工作，因此该类只有三个函数，即init类、start类和on_rx_done类。 init类在433MHz中初始化LoRa模块，带宽为125kHz，如set_pa_config方法中所设置的。然后它还将模块置于睡眠模式以节省功耗。

1. #  Medium Range  Defaults after init are 434.0MHz, Bw = 125 kHz, Cr = 4/5, Sf = 128chips/symbol, CRC on 13 dBm
   
2. lora.set_pa_config(pa_select=1)
   
3. 
   
4.     def __init__(self, verbose=False):
   
5.         super(LoRaRcvCont, self).__init__(verbose)
   
6.         self.set_mode(MODE.SLEEP)
   
7.         self.set_dio_mapping([0] * 6)

复制代码

start函数是我们将模块配置为接收器并获得类似RSSI（接收信号强度指示器）、状态、工作频率等。我们将模块设置为从睡眠模式工作在连续接收器模式（RXCONT），然后使用while循环读取RSSI和调制解调器状态等值。我们还将串行缓冲区中的数据刷新到终端上。

1.    def start(self):
   
2.         self.reset_ptr_rx()
   
3.         self.set_mode(MODE.RXCONT)
   
4.         while True:
   
5.             sleep(.5)
   
6.             rssi_value = self.get_rssi_value()
   
7.             status = self.get_modem_status()
   
8.             sys.stdout.flush()

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最后，在读取传入数据包后执行on_rx_done函数。在此函数中，在将接收标志设置为高电平后，将接收到的值移入Rx缓冲区中称为有效负载的变量中。然后用utf-8解码接收的值，以在shell上打印用户可读数据。我们还将模块重新置于睡眠模式，直到收到另一个值。

1. def on_rx_done(self):
   
2.         print("\nReceived: ")
   
3.         self.clear_irq_flags(RxDone=1)
   
4.         payload = self.read_payload(nocheck=True)
   
5.         print(bytes(payload).decode("utf-8",'ignore'))
   
6.         self.set_mode(MODE.SLEEP)
   
7.         self.reset_ptr_rx()
   
8.         self.set_mode(MODE.RXCONT)

复制代码

程序的其余部分只是在控制台上打印接收到的值，并使用键盘中断终止程序。即使在程序终止后我们再次将电路板设置为睡眠模式以节省电量。

1. try:
   
2.     lora.start()
   
3. except KeyboardInterrupt:
   
4.     sys.stdout.flush()
   
5.     print("")
   
6.     sys.stderr.write("KeyboardInterrupt\n")
   
7. finally:
   
8.     sys.stdout.flush()
   
9.     print("")
   
10.     lora.set_mode(MODE.SLEEP)
    
11.     BOARD.teardown()

复制代码

用于与Raspberry Pi通信的LoRa的Arduino代码

正如我之前提到的，rpsreal代码同时支持Arduino和Pi，因此Arduino和Pi之间的通信是可能的。它的工作原理基于AirSpayce的Radiohead库。因此，您必须先将 radio head库安装到​​Arduino IDE中。

为此，请访问Github页面并在ZIP文件夹中下载该库。然后将它放在Arduino IDE的库文件夹中。现在，重新启动Arduino IDE，您将找到Radio head library的示例文件。在这里，我们将编程Arduino作为LoRa服务器来发送测试数据包，如0到9.完成相同的代码可以一如既往地在本页底部找到。在这里，我将解释该计划中的几个重要方面。

我们通过导入SPI库（默认安装）来启动程序，以使用SPI协议，然后通过Radio head的RH_RF95库来执行LoRa通信。然后我们定义了Arduino的哪个引脚，我们已经将LoRa的片选（CS）、复位（RST）和中断（INT）引脚与Arduino相连。最后，我们还定义模块应在434MHz频率下工作并初始化LoRa模块。

1. #include <SPI.h> //Import SPI librarey
   
2. #include <RH_RF95.h> // RF95 from RadioHead Librarey
   
3. 
   
4. #define RFM95_CS 10 //CS if Lora connected to pin 10
   
5. #define RFM95_RST 9 //RST of Lora connected to pin 9
   
6. #define RFM95_INT 2 //INT of Lora connected to pin 2
   
7. 
   
8. // Change to 434.0 or other frequency, must match RX's freq!
   
9. #define RF95_FREQ 434.0
   
10. 
    
11. // Singleton instance of the radio driver
    
12. RH_RF95 rf95(RFM95_CS, RFM95_INT);

复制代码

在setup函数内部，我们将通过将其复位引脚拉低至10毫秒来重新启动LoRa模块。然后我们使用我们之前使用Radio head库创建的模块初始化它。然后，我们设置LoRa服务器的频率和传输功率。传输距离越高，数据包传输距离越远，但功耗越大。

1. void setup()
   
2. {
   
3. //Initialize Serial Monitor
   
4.   Serial.begin(9600);
   
5. 
   
6. // Reset LoRa Module
   
7.   pinMode(RFM95_RST, OUTPUT);
   
8.   digitalWrite(RFM95_RST, LOW);
   
9.   delay(10);
   
10.   digitalWrite(RFM95_RST, HIGH);
    
11.   delay(10);
    
12. 
    
13. //Initialize LoRa Module
    
14.   while (!rf95.init()) {
    
15.     Serial.println("LoRa radio init failed");
    
16.     while (1);
    
17.   }
    
18. 
    
19. 
    
20. //Set the default frequency 434.0MHz
    
21. 
    
22.   if (!rf95.setFrequency(RF95_FREQ)) {
    
23.     Serial.println("setFrequency failed");
    
24.     while (1);
    
25.   }
    
26.   rf95.setTxPower(18); //Transmission power of the Lora Module
    
27. }

复制代码

在loop函数内部，我们只需通过LoRa模块发送数据包。该数据可以是用户命令的传感器值。但为了简单起见，我们将每1秒间隔发送char值0到9，然后在达到9后将值初始化为0.注意，值只能以char数组格式发送，数据类型应为unit8_t一次是1个字节。执行相同操作的代码如下所示

1. void loop()
   
2. {
   
3.   Serial.print("Send: ");
   
4.   char radiopacket[1] = char(value)};
   
5.   rf95.send((uint8_t *)radiopacket, 1);
   
6. 
   
7.   delay(1000);
   
8.   value++;
   
9.   if (value > '9')
   
10.   value = 48;
    
11. }

复制代码

测试Raspberry Pi和Arduino之间的LoRa通信

现在，我们已经准备好了硬件和程序，我们只需要将Arduino代码上传到UNO开发板，并且应该在pi上启动python草图。我连接硬件的测试设置如下所示

一旦在Pi上启动python客户端草图（仅使用python 3），如果一切正常，你应该看到通过shell窗口在pi中收到的Arduino数据包。你应该注意到“Received: 0”到9，如下图所示。

您现在可以移动Arduino服务器并检查模块的范围；如果需要，还可以在shell上显示RSSI值。现在，我们知道如何在Arduino和Raspberry pi之间建立长距离低功耗LoRa通信，我们可以继续在Pi端的Arduino侧和云平台上添加传感器，以制作完整的物联网包。

希望您了解该项目并享受搭建过程。如果您在使用它时遇到问题，请在本帖下面进行回复。

代码

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2019-5-22 10:37 上传

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