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16.TencentOS_tiny_LoRaWAN_Getting_Started_Guide.md

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基于 TencentOS tiny 的 LoRaWAN 开发入门指南

1. ST P-NUCLEO-LRWAN3套件简介

1.1 开发套件简介

P-NUCLEO-LRWAN3是完整的套件，包括网关和节点，可用于评估LoRaWAN网络。使用该套件，用户可以轻松设置LPWAN网络，帮助用户学习LoRaWAN技术，了解如何在自己的应用程序中使用LoRaWAN技术。

LoRa网关套件由ST Nucleo-F746ZG底板和瑞兴恒方基于SX1301的LRWAN_GS模块组成。

ST Nucleo LoRa节点套件由LRWAN_NS1扩展板和ST Nucleo-L073底板组成。其中 LRWAN_NS1扩展板集成瑞兴恒方的RHF0M003 LoRaWAN模组，并集成了温湿度传感器HTS221、气压传感器LPS22HB、3轴磁力传感器LIS3MDL、6轴姿态传感器LSM6DS3共4个I2C传感器件。

开发套件实物图如下：

1.2 LoRaWAN节点硬件详解

1.2.1 NUCLEO-L073RZ 基于CORTEX-M0+的评估板

NUCLEO-L073RZ基于NUCLEO 64公版PCB设计，可以方便的更换ST的其它64PIN MCU。主要特性包括：

  • LQFP64 STM32-L073RZT6 MCU
  • 20KB SRAM 192KB Flash 6KB data EEPROM
  • 两种类型扩展接口：Arduino UNO扩展接口；STM32 MORPHO扩展接口
  • 板载ST-LINK/V2-1调试/编程器
  • 灵活的供电方式选择
  • 板载3个LED灯，LD1、LD3指示工作状态，LD2为用户可编程LED灯
  • 两个按钮，复位及用户可编程按钮
  • USB重枚举能力，支持VCP，MSD，DEBUG功能
  • 大量IDE开发环境支持

扩展接口如下图所示：

1.2.2 LRWAN_NS1 扩展板硬件

1）扩展板接口兼容Arduino UNO接口，原理图如下：

2） 扩展板上同一个I2C端口，挂载了4个I2C接口的传感器，分别是温湿度传感器HTS221、气压传感器LPS22HB、3轴磁力传感器LIS3MDL、6轴姿态传感器LSM6DS3，原理图如下：

3）LoRaWAN通信模组电路原理图

2. LoRaWAN节点软件开发环境准备

2.1 MDK软件介绍

MDK 即RealView MDK 或MDK-ARM（Microcontroller Development kit），是 ARM 公司收购Keil公司以后，基于uVision界面推出的针对ARM7、ARM9、Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M2、Cortex-M3、Cortex-R4等ARM处理器的嵌入式软件开发工具。MDK-ARM 集成了业内最领先的技术，包括 uVision4 集成开发环境与 RealView 编译器RVCT。支持 ARM7、ARM9 和最新的Cortex-M3/M1/M0 核处理器，自动配置启动代码，集成 Flash 烧写模块，强大的 Simulation 设备模拟，性能分析等功能，与 ARM 之前的工具包 ADS 等相比，RealView 编译器的最新版本可将性能改善超过 20%。

Keil公司开发的ARM开发工具MDK，是用来开发基于ARM核的系列微控制器的嵌入式应用程序。它适合不同层次的开发者使用，包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。MDK包含了工业标准的Keil C编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件，支持所有基于ARM的设备，能帮助工程师按照计划完成项目。

2.2 MDK安装

点击下面的地址下载MDK软件，软件版本最好是5.24及以上： https://www.keil.com/download/product/ 教程以5.24版本为例，双击MDK524应用程序文件，点击next>>。

打上 I agree前面的勾勾，即是同意一些安装协议。点击next>>。

选择安装路径，可以默认也可以安装在我们自己建立的文件夹下。点击next>>。

这里填写的是我们的一些信息，填写完整后，继续next>>。

然后等待安装完成即可。

安装完成，点击Finish。

然后会跳出来这个界面，这个我们后面再讲，先点OK，把弹框都叉掉。

激活MDK，导入License,激活MDK后便可使用了。

特别提示：一定要输入License激活MDK软件，请购买正版License。

2.3 Pack安装

安装完MDK后，我们需要安装开发套件中单片机型号对应的Pack。 安装方式一：登录官网：http://www.keil.com/dd2/pack/
下载Keil.STM32L0xx_DFP.2.0.0.pack 后安装，如下图

安装方式二：MDK软件上在线安装 打开软件，在导航栏打开Pack安装界面，然后选择ok选项。

进入在线安装界面，选着STM32L0XX Pack,点击Install进行安装。

至此，我们开发板的单片机程序开发环境已经搭建完毕，重启MDK软件就可以使用了。

2.4 ST-Link驱动安装

前面讲了开发板单片机程序的开发环境的搭建，但是为了将程序烧录到开发板中我们还需要使用仿真器。我们这套开发板选用ST公司的ST-Link V2仿真器进行开发板程序的烧写和仿真，下面介绍ST-Link驱动的安装及环境搭建。

在ST官网下载ST-Link驱动， https://www.st.com/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-utilities/stsw-link009.html

（驱动有2种： 32位电脑系统安装“dpinst_x86”、64位电脑系统安装“dpinst_amd64”）。

运行对应的驱动，安装ST-Link V2驱动程序。安装路径尽量保持默认路径。

安装完成后, 将ST-Link通过USB接口连入电脑。打开“设备管理器”。若看到如下图所示，表示驱动安装成功。

这里提醒 2 点: 1， 各种 windows 版本设备名称和所在设备管理器栏目可能不一样，例如 WIN10 插上STLINK 后显示的是 STM32 STLINK。 2， 如果设备名称旁边显示的是黄色的叹号，请直接点击设备名称，然后在弹出的界面点击更新设备驱动 至此， ST-Link 驱动已经安装完成。接下来大家只需要在 MDK工程里面配置一下 ST-Link即可。

2.5 编程软件(MDK)配置

安装驱动成功后，打开MDK软件，配置程序烧写和仿真的环境。 点击进入工程配置界面按纽，进入工程配置界面。

选择Debug选项，进入仿真器设置界面。

下拉仿真器选择列表，选着ST-Link Debugger并勾选右侧Use,点击Settings进入ST-Link V2仿真器配置界面。

开发板设计的程序烧录方式为SW，此处Unit选择ST-Link/V2,且Port选择SW,并确认右侧框内是否检测出SW设备，点击<确认>保存配置。

2.6 串口调试助手的安装与使用

工具下载： http://www.daxia.com/download/sscom.rar

安装方法：串口调试助手sscom5.13.1是免安装的，解压出压缩包即可直接使用。

根据PC和终端之间的连接，选择正确的串行端口。 打开电脑的设备管理器，在端口列表可以看到PC与开发板连接的端口号。

我这里显示的是COM6，所以要在sscom工具中选择COM6，开发板程序波特率设置为115200，所以我在sscom串口工具中选择115200波特率。

3. TencentOS tiny 基础内核实验

3.1 打开 TencentOS tiny提供的 Hello_world 工程

TencentOS tiny官方开源仓下载源码，地址为： https://github.com/Tencent/TencentOS-tiny

进入 < TencentOS-tiny/board/NUCLEO_STM32L073RZ/KEIL/hello_world> 目录，打开TencentOS_tiny.uvprojx工程：

3.2 编译HelloWorld工程

打开工程后，我们在左侧的工程文件导航页面展开examples目录，可以看到helloworld.c源码，这里创建了两个TencentOS tiny的任务，交替运行打印任务。开发者安装下图指示，点击编译按钮即可编译工程，如图：

3.3 下载运行

首先需要配置下载环境

按下图所示配置下载参数

编译完成后点击如图所示”LOAD”按钮下载程序即可。

3.4 查看运行结果

连接好串口，在PC的串口助手中可以看到TencentOS tiny的两个任务交替运行，打印消息并完成任务计数，如下图所示：

更多TencentOS tiny基础内核的使用，请参考内核开发指南文档： TencentOS_tiny\doc\04.TencentOS_tiny_Development_Guide.md TencentOS_tiny\doc\05.TencentOS_tiny_SDK_documentation.md

4. 使用TencentOS tiny AT框架驱动LoRaWAN节点对接腾讯云IoT Explorer

本实验中假设一款 LoRa 温湿度传感器 接入到物联网开发平台，通过物联网开发平台可以远程查看传感器的温度、湿度，并可远程配置传感器的上报周期。本文档主要指导您如何在物联网开发平台控制台接入 LoRa 温湿度传感器。

4.1 控制台操作 LoRa 节点

创建项目和产品

  1. 登录 物联网开发平台控制台，选择【新建项目】。
  2. 在新建项目页面，填写项目基本信息后，单击【保存】
    • 项目名称：输入“LoRa 温湿度传感器演示”或其他名称。
    • 项目描述：按照实际需求填写项目描述。
  3. 项目新建成功后，即可新建产品。

新建产品

  1. 进入该项目的产品列表页面，单击【新建产品】。
  2. 在新建产品页面，填写产品基本信息。
    • 产品名称：输入“温湿度传感器”或其他产品名称。
    • 产品类型：选择“温湿度传感器”。
    • 认证方式：选择“密钥认证”。
    • 通信方式：选择“LoRaWAN”。
  3. 产品新建成功后，您可在产品列表页查看“LoRa 温湿度传感器”。

创建数据模板

单击产品名称，进入产品配置页，在【自定义功能】配置项下，单击【新建功能】，自定义产品功能。

配置 LoRaWAN 参数

在设备开发页面中，按需调整 LoRaWAN 参数配置。本示例中使用默认的 OTAA 配置。

设备数据解析

在设备开发页面中，按需调整设备数据解析。由于 LoRa 类资源有限设备不适合直接传输 JSON 格式数据，使用“设备数据解析”可以将设备原始数据转化为产品 JSON 数据。

设备数据协议

在本示例中，设备上行数据共4字节：

  • 第1字节：温度。
  • 第2字节：相对湿度。
  • 第3、4字节：表示上报周期（单位秒）。
  • 设备下行数据为2字节：上报周期（单位秒）。
数据解析脚本

上行数据解析的脚本主函数为 RawToProtocol，其带有 fPort、bytes 两个入参：

  • fPort：设备上报的 LoRaWAN 协议数据的 FPort 字段。
  • bytes：设备上报的 LoRaWAN 协议数据的 FRMPayload 字段。

脚本主函数的出参为产品数据模版协议格式的对象。

在上行数据解析部分，javascript 示例代码如下：

function RawToProtocol(fPort, bytes) {
    var data = {
        "method": "report",
        "clientToken" : new Date(),
        "params" : {}
    };
    data.params.temperature = bytes[0];
    data.params.humidity = bytes[1];
    data.params.period = bytes[2] | (bytes[3] << 8);
    return data;
}

下行数据解析的脚本主函数为 ProtocolToRaw，其入参为产品数据模版协议格式的对象，其出参为至少3个字节的数组：

  • 第1字节：下发给设备的 LoRaWAN 协议数据的 FPort 字段。
  • 第2字节：bytes 为下发给设备的 LoRaWAN 协议数据的 MType（0表示 Unconfirmed Data Down，1表示 Confirmed Data Down）。
  • 第3字节：开始为下发给设备的 LoRaWAN 协议数据的 FRMPayload 字段。

在下行数据解析部分，javascript 示例代码如下：

function ProtocolToRaw(obj) {
    var data = new Array();
    data[0] = 5;// fport=5
    data[1] = 0;// unconfirmed mode
    data[2] = obj.params.period & 0x00FF;
    data[3] = (obj.params.period >> 8) & 0x00FF;
    return data;
}

脚本模拟测试

您也可使用数据解析页面下方的模拟调试工具，如需开发更多的功能，请使用以下模拟脚本。

  • 上行消息

设备原始数据为 0x113DB80B，我们将其转化为数组，即上行模拟数据为：[17,69,30,0]，填入设备上行数据的编辑框中。单击【运行】，即可在模拟调试界面右侧查看结果。

  • 下行消息

模拟测试数据如下，将其填入设备下行数据的编辑框中：

{
	"params": {
		"period": 15
	}
}

创建测试设备

在设备调试页面中，单击【新建设备】，设备名为 dev001。

DevEUI 等信息可从 LoRa 节点开发板背面贴纸上获取。

4.2 控制台操作 LoRa 网关

  1. 登录 物联网开发平台控制台，选择上文 “控制台操作 LoRa 节点” 中对应的项目。

  2. 在左侧工具列表中，选择【服务中心】>【LoRa 网关管理】。

  3. 进入 LoRa 网关管理页面，选择【添加网关】。

  4. 在新建网关页面，填写网关基本信息。

    • 网关名称：本示例中填写 GW1。
    • GwEUI：为网关唯一ID。本例中根据 ST NUCLEO LoRa GW 背部的 MAC 地址，将6字节 MAC 地址的中间补足0xffff。
    • 是否公开：选择“是”，表示社区开发者可在社区网络查看该网关，并可通过这个网关进行 LoRa 节点接入；选择“否”，则仅用户自己能查看该网关。

  5. 网关新建成功后，您可在网关列表页查看“GW1”。

4.3 LoRa网关实物操作

硬件连接

整个系统搭建需要由LRWAN_GS_LF1网关（网关模组和 STM32F746 Nucleo核心板）、5V适配器和电脑组成。

  1. 先使用 5V 适配器通过 USB 线连接到 LRWAN_GS_LF1 网关的网关模组上的 Micro USB 接口，给整个网关供电。
  2. Nucleo 核心板上的 Micro USB 口（非以太网口那边的 Micro USB 口），通过 USB 线连接到 PC 端，可以实现虚拟串口的功能。
  3. 网关开发板通过网线连接到上一级路由器的 LAN 口，从而可以实现 DHCP 的方式连接以太网。

串口准备

  1. 硬件连接成功后，打开 PC 上的设备管理器，即可查看网关所对应的串口（请确保已安装 stlink 驱动）。

  1. 打开串口工具，做好相应配置后，打开串口。
    • 端口号。本例中为 COM5。
    • 波特率。本例中为 115200。

配置修改

请按照如下步骤完成相关配置：

  1. 按照上图完成硬件连接和系统搭建。
  2. 配置服务器地址。本示例中设置的是腾讯云物联网开发平台的 LoRa 服务器地址（接入域名：loragw.things.qcloud.com，接入端口：1700）。
AT+PKTFWD=loragw.things.qcloud.com,1700,1700
  1. 配置频率计划。调整频点信息到486.3MHz - 487.7 MHz，指令修改如下（需要逐条发送）：
AT+CH=0,486.3,A
AT+CH=1,486.5,A
AT+CH=2,486.7,A
AT+CH=3,486.9,A
AT+CH=4,487.1,B
AT+CH=5,487.3,B
AT+CH=6,487.5,B
AT+CH=7,487.7,B
AT+CH=8,OFF
AT+CH=9,OFF

示例截图如下所示： 4. 其他指令。

  • 通过“AT+log=on”打开网关日志。
  • 通过“AT+EUI”查询网关的 ID。

运行

通过 AT+Reset 即可复位网关，开始服务器连接。

从串口日志查看：

LORAWAN SERVER: loragw.things.qcloud.com

表明服务器地址修改成功。

Ethernet started
DHCP IP: 192.168.3.249
Downlink UDP Connected
Uplink UDP Connected

表明网关 DHCP 入网成功，网络连接正常。

4.4 LoRa 节点实物操作

编译及下载

Step 1. 下载 LoRaWAN 例程
  1. 请下载 TencentOS tiny 官方开源仓 下载源码 。
  2. 进入<TencentOS-tiny\board\NUCLEO_STM32L073RZ\KEIL\lorawan>目录，打开 TencentOS_tiny.uvprojx 工程。
  3. 示例工程包含 STM32L073 外设驱动、TencentOS tiny 内核、AT 框架、RHF76 LoRaWAN 模组驱动、LoRaWAN 示例案例。
Step 2. 代码修改
  1. 请先修改\examples\LoRaWAN\lora_demo.c.。
tos_lora_module_join_otaa("8cf957200000f806", "8cf957200000f8061b39aaaaad204a72");

填入节点相应的 DevEUI 和 AppKEY，可从 LoRa 节点开发板背面贴纸上获取。 2. 修改\devices\rhf76_lora\RHF76.h。

#define RHF76_ATCMD_SET_CHANNEL                 "at+ch=num,0-7\r\n"

由于本示例中计划使用80 - 87信道，因此调整为：

#define RHF76_ATCMD_SET_CHANNEL                 "at+ch=num,80-87\r\n"
Step 3. 编译

单击 MDK 工具栏【Rebuild All】，编译整个工程。

Step 4. 下载

单击 MDK 工具栏【Download】，下载编译好的固件。

查看运行结果

  1. 节点下载好固件后，会自动重启运行，从串口即可查看设备的运行日志。
  2. 当您看到串口打印如下日志，即说明 LoRa 节点已经通过网关成功入网。
--->+JOIN: Network joined
--->+JOIN: NetID 000035 DevAddr 6B:CC:9B:5D

4.5 查看设备状态

  1. 保持 LoRa 节点和 LoRa 网关 为运行状态。
  2. 进入【控制台】>【产品开发】>【设备调试】，可查看到设备 "dev001" 。
  3. 单击【调试】，可进入设备详情页。
  4. 单击【设备属性】，可查询设备上报到开发平台的最新数据及历史数据。
  • 设备属性的最新值：会显示设备上报的最新数据。
  • 设备属性的更新时间：显示数据的更新时间。
  1. 单击【查看】，可查看某个属性的历史上报数据。

4.6 查看设备通信日志

单击【设备日志】，可查询该设备某段时间范围的所有上下行数据。

  • 上行：上行指设备端上报到开发平台的数据。
  • 下行：下行指从开发平台下发到设备的数据。

4.7 在线调试

  1. 当 LoRa 节点 成功连接到物联网开发平台后，您可在控制台【设备调试】列表，单击【调试】，进入在线调试。
  2. 将“上报周期”设置为15秒，单击【发送】。
  3. 查看 LoRa 节点的串口日志，可查看已成功接收到下发的数据。

?

  • 由于本示例中 LoRa 节点是 LoRaWAN Class A 类设备，这类设备不会立即下发数据，需要在有数据上行后，服务器才会向该设备下行数据。
  • 因此在 LoRa 节点上报数据之后，才能查看下发的周期调整命令。

LoRa 节点的串口会显示如下日志，表示成功下发了指令到设备端。

rhf76_incoming_data_process 4: 0F00
len: 2
data[0]: 15
data[1]: 0
report_period: 15