Autor: Edison Del Rosario

Ejercicio de conexión a LoRaWan con ChirpStack y HomeAssistant

Bloque principal

// Lectura de Rssi Snr, datarate Up/Downlink
// Datos Downlink de la trama de confirmación anterior
// http://blog.espol.edu.ec/girni/lorawan-enlaces-up-down-archivo-ino/
#include "LoRaWan_APP.h"
#include "Arduino.h"

/* set LoraWan_RGB to Active,the RGB active in loraWan
 * red   |sending;   purple | joined done;
 * blue  |RxWindow1; yellow | means RxWindow2;
 * green | received done;
 */
/* Conexión LoRa: OTAA parametros*/
uint8_t devEui[] = { 0xa5, 0x3e, 0xc6, 0x15, 0xae, 0xde, 0x3f, 0x00 };
uint8_t appEui[] = { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 };
uint8_t appKey[] = { 0x88, 0xbe, 0x25, 0xca, 0x2c, 0xcf, 0x31, 0x85,
                     0x51, 0x2d, 0xee, 0xe2, 0x80, 0x31, 0x8e, 0x01 };
/* ABP parametros*/
uint8_t nwkSKey[] = { 0x15, 0xb1, 0xd0, 0xef, 0xa4, 0x63, 0xdf, 0xbe,
                      0x3d, 0x11, 0x18, 0x1e, 0x1e, 0xc7, 0xda,0x85 };
uint8_t appSKey[] = { 0x47, 0xdc, 0xac, 0x5f, 0xc2, 0x32, 0x24, 0x31, 
                      0xdf, 0xf1, 0xff, 0xf9, 0x46, 0xe5, 0x2e, 0x17 };
uint32_t devAddr =  ( uint32_t )0x007bc4200;
/*LoraWan channelsmask, default channels 0-7*/ 
uint16_t userChannelsMask[6]={ 0x00FF,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000 };

/*Select in arduino IDE tools*/
LoRaMacRegion_t loraWanRegion = ACTIVE_REGION;
DeviceClass_t  loraWanClass = LORAWAN_CLASS;
bool overTheAirActivation = LORAWAN_NETMODE;
bool loraWanAdr = LORAWAN_ADR;
bool keepNet = LORAWAN_NET_RESERVE;
bool isTxConfirmed = LORAWAN_UPLINKMODE;

uint8_t duermemin = 0; //15
uint8_t duermeseg = 30; //0

uint32_t appTxDutyCycle = (duermemin*60 + duermeseg)*1000; // min*seg*ms

uint8_t appPort = 4; /* Application port */
/* trials to transmit frame, if didn't receive ack.
 * The MAC performs a datarate adaptation,
 * Tx nb|Data Rate
 * -----|----------
 * 1    |DR           * 5    | max(DR-2,0)
 * 2    |DR           * 6    | max(DR-2,0)
 * 3    |max(DR-1,0)  * 7    | max(DR-3,0)
 * 4    |max(DR-1,0)  * 8    | max(DR-3,0)
*/
uint8_t confirmedNbTrials = 4;

// Ack parametros de recepción
uint8_t confirmaRssi = 0;
uint8_t confirmaSnr = 0;
uint8_t confirmaDatarate = 0;

uint8_t itera = 0;
uint8_t estado = 0x00; //0x00, 0x01,"OFF","ON"

void setup() {
	Serial.begin(115200);
 
#if(AT_SUPPORT)
	enableAt();
#endif

  // OLED display status
  //LoRaWAN.displayMcuInit();
  
	deviceState = DEVICE_STATE_INIT;
	//LoRaWAN.ifskipjoin(); //if joinned,skip
}

void loop() {
  Serial.print(".");
  itera = itera + 1;
  if (itera>6){
    itera = 0;
    Serial.println(" ");
  }
	switch( deviceState ) {
		case DEVICE_STATE_INIT: {
#if(LORAWAN_DEVEUI_AUTO)
			LoRaWAN.generateDeveuiByChipID();
#endif
#if(AT_SUPPORT)
			getDevParam();
#endif
			printDevParam();
			LoRaWAN.init(loraWanClass,loraWanRegion);
			deviceState = DEVICE_STATE_JOIN;
			break;
		}
		case DEVICE_STATE_JOIN: {
      //LoRaWAN.displayJoining();
			LoRaWAN.join();
			break;
		}
		case DEVICE_STATE_SEND:	{
      //LoRaWAN.displaySending();
			prepareTxFrame( appPort );
			LoRaWAN.send();
			deviceState = DEVICE_STATE_CYCLE;
			break;
		}
		case DEVICE_STATE_CYCLE: {
			// Schedule next packet transmission
			txDutyCycleTime = appTxDutyCycle + randr( 0, APP_TX_DUTYCYCLE_RND );
			LoRaWAN.cycle(txDutyCycleTime);
			deviceState = DEVICE_STATE_SLEEP;
			break;
		}
		case DEVICE_STATE_SLEEP: {
      //LoRaWAN.displayAck();
			LoRaWAN.sleep();
			break;
		}
		default: {
			deviceState = DEVICE_STATE_INIT;
			break;
		}
	}
}

LoraWan transmite

/* Prepares the payload of the frame */
static void prepareTxFrame( uint8_t port ) {
  // enciende sensor
  pinMode(Vext, OUTPUT);
  digitalWrite(Vext, LOW);
  
  //Lectura de Sensor

  // apaga sensor
  digitalWrite(Vext, HIGH);
  
  // lectura de bateria  
  uint16_t batteryVoltage = getBatteryVoltage();
  unsigned char *puc;

  // trama
  appDataSize = 5;
  appData[0] = confirmaRssi; //Ack leido en dispositivo
  appData[1] = confirmaSnr;
  appData[2] = confirmaDatarate;
  appData[3] = (uint8_t)batteryVoltage;
  appData[4] = (uint8_t)(batteryVoltage>>8);

  Serial.print("%, Bateria = ");
  Serial.println(batteryVoltage);
}

LoRWan Recibe

//downlink data handle function example
void downLinkDataHandle(McpsIndication_t *mcpsIndication) {
  // revisa parametros
  // Serial.print("\nLlegó un mensaje para dispositivo...");
  // Serial.print("Rssi: ");
  // Serial.println(mcpsIndication->Rssi);

  // Serial.printf("+REV DATA:%s,RXSIZE %d,PORT %d\r\n",
  //               mcpsIndication->RxSlot ? "RXWIN2" : "RXWIN1",
  //               mcpsIndication->BufferSize, mcpsIndication->Port);
  // Serial.print("+REV DATA:");
  // for (uint8_t i = 0; i < mcpsIndication->BufferSize; i++) {
  //   Serial.printf("%02X", mcpsIndication->Buffer[i]);
  // }

  estado = uint8_t(mcpsIndication->Buffer[0]);
  Serial.print("uplink: rssi = -");
  Serial.println(estado);
  Serial.println();
//  uint32_t color = mcpsIndication->Buffer[0] << 16 | mcpsIndication->Buffer[1] << 8 | mcpsIndication->Buffer[2];
//#if (LoraWan_RGB == 1)
//  turnOnRGB(color, 5000);
//  turnOffRGB();
//#endif
}

LoRaWan recibe confirma (Ack)

void downLinkAckHandle(McpsIndication_t *mcpsIndication){
  confirmaRssi = uint8_t(abs(mcpsIndication->Rssi));
  confirmaSnr  = uint8_t(mcpsIndication->Snr);
  confirmaDatarate = uint8_t(mcpsIndication->RxDoneDatarate);
  //Serial.println(' ');
  //Serial.print(" ack received(rssi,snd,datarate): -");
  //Serial.print(confirmaRssi);Serial.print(" ,");
  //Serial.print(confirmaSnr);Serial.print(" ,");
  //Serial.println(confirmaDatarate);
}

Aunque se reciben todos los mensajes en el radio, se requiere discriminar los mensajes que son dirigidos hacia el dispositivo local.

Se modifica las intrucciones de recepción añadiendo un bloque para discriminar si el mensaje es para el dispositivo local. Esto implica descomponer la trama enviada en sus partes y convertir al tipo de dato a usar.

Las operaciones se realizan por caracter o byte con el objetivo de establecer el mecanismo a usar cuando se usa LoRaWan

Resultados obtenidos en puerto serial

TX Paquete "312159" , tamano 6 bytes , proximo en 9341 ms 
    RX Paquete "213169" , tamanio 6, Rssi -20 
    Lee mensaje enviado por: 21 valor mensaje: 69
TX Paquete "312160" , tamano 6 bytes , proximo en 8062 ms 
    RX Paquete "213170" , tamanio 6, Rssi -20 
    Lee mensaje enviado por: 21 valor mensaje: 70

Procedimiento de recepción de paquete LoRa

void OnRxDone( uint8_t *payload, uint16_t size, int16_t rssi, int8_t snr ) {
  turnOnRGB(COLOR_RECEIVED,0);
  Rssi = rssi;     // nivel de recepcion
  rxSize = size;
  memcpy(rxpacket, payload, size );
  rxpacket[size]='\0';  //añade fin de cadena

  Radio.Sleep( );

  Serial.printf("\r    RX Paquete \"%s\" , tamanio %d, Rssi %d \r\n",
                rxpacket,rxSize,Rssi);
                
  //revisa direcciones
  char envia[4];  byte dir_envia;
  char recibe[4]; byte dir_recibe;
  char msj[4];    byte msj_valor;
  envia[0] = rxpacket[0];
  envia[1] = rxpacket[1];
  envia[2] = '\0';  //añade fin de cadena
  recibe[0] = rxpacket[2];
  recibe[1] = rxpacket[3];
  recibe[2] = '\0';  //añade fin de cadena
  msj[0] = rxpacket[4];
  msj[1] = rxpacket[5];
  msj[2] = '\0';  //añade fin de cadena
  
  //convierte a tipo de datos
  dir_envia  = byte(atoi(envia));
  dir_recibe = byte(atoi(recibe));
  msj_valor  = byte(atoi(msj));
  
  // Muestra o discrimina mensaje en Serial-USB/Pantalla
  if (dir_recibe = dir_local){
    Serial.print("    -- Lee mensaje enviado por: ");
    Serial.print(dir_envia);
    Serial.print(" valor mensaje: ");
    Serial.println(msj_valor);
  }
}

Como cada dispositivo contiene solo un radio, la comunicación en dos sentidos puede habilitarse en modo SemiDuplex. Las funciones de transmisión y recepción se alternan.

Resultados

TX Paquete "213110" , tamano 6 bytes , proximo en 8118 ms 
    RX Paquete "312139" , tamanio 6, Rssi -22 
TX Paquete "213111" , tamano 6 bytes , proximo en 8429 ms 
    RX Paquete "312140" , tamanio 6, Rssi -23 
TX Paquete "213112" , tamano 6 bytes , proximo en 9397 ms 

Instrucciones

/* LoRa TRANSMITE/RECIBE Semi Duplex / Half-Duplex
 * Referencia: https://github.com/HelTecAutomation/ASR650x-Arduino
*/
#include "LoRaWan_APP.h"
#include "Arduino.h"

#ifndef LoraWan_RGB    // LED placa
#define LoraWan_RGB 0
#endif

// LoRa Parametros 
#define RF_FREQUENCY       915E6     // Hz
#define TX_OUTPUT_POWER    14        // dBm
#define LORA_BANDWIDTH     0         // [0: 125 kHz, 1: 250 kHz,
                                     //  2: 500 kHz, 3: Reserved]
#define LORA_SPREADING_FACTOR   7    // [SF7..SF12]
#define LORA_CODINGRATE         1    // [1: 4/5,  2: 4/6,
                                     //  3: 4/7,  4: 4/8]
#define LORA_PREAMBLE_LENGTH    8    // Same for Tx and Rx
#define LORA_SYMBOL_TIMEOUT     0    // Symbols
#define LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON  false
#define LORA_IQ_INVERSION_ON        false
#define RX_TIMEOUT_VALUE            1000
#define BUFFER_SIZE                 30 // Define the payload size here
char txpacket[BUFFER_SIZE];          // cadena de caracteres
char rxpacket[BUFFER_SIZE];
static RadioEvents_t RadioEvents;

void OnTxDone( void );     // Tx completada
void OnTxTimeout( void );  // Tx fuera de tiempo
void OnRxDone( uint8_t *payload, uint16_t size, int16_t rssi, int8_t snr );

byte modoOperacion = 0; // 0:RX 1:TX
bool sleepMode = false;
int16_t txNumero;
int16_t Rssi,rxSize;

// Direcciones por dispositivo
byte dir_local   = 21; // Dispositivo envia
byte dir_destino = 31; // Dispositivo recibe

// tiempo entre Tx de datos o lecturas de sensor
long tiempo_antes     = 0;
long tiempo_intervalo = 7000;
long tiempo_espera = tiempo_intervalo + random(3000);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  txNumero=10; Rssi=0;

  RadioEvents.TxDone = OnTxDone;
  RadioEvents.TxTimeout = OnTxTimeout;
  RadioEvents.RxDone = OnRxDone;
  Radio.Init( &RadioEvents );

  Radio.SetChannel( RF_FREQUENCY );
  Radio.SetTxConfig( MODEM_LORA, TX_OUTPUT_POWER, 0, LORA_BANDWIDTH,
                     LORA_SPREADING_FACTOR, LORA_CODINGRATE,
                     LORA_PREAMBLE_LENGTH, LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON,
                     true, 0, 0, LORA_IQ_INVERSION_ON, 3000 );
  Radio.SetRxConfig( MODEM_LORA, LORA_BANDWIDTH, LORA_SPREADING_FACTOR,
                     LORA_CODINGRATE, 0, LORA_PREAMBLE_LENGTH,
                     LORA_SYMBOL_TIMEOUT, LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON,
                     0, true, 0, 0, LORA_IQ_INVERSION_ON, true );
  modoOperacion=0;  // 0:RX 1:TX 2:LOWPOWER
}

void loop(){
  // Intervalos entre mensajes
  long tiempo_ahora   = millis();
  long t_transcurrido = tiempo_ahora - tiempo_antes;
  if (t_transcurrido >= tiempo_espera){
    tiempo_antes = millis();
    tiempo_espera = tiempo_intervalo + random(3000);
    modoOperacion=1; // 0:RX 1:TX
  }else{
    modoOperacion=0; // 0:RX 1:TX
  }
  
  switch(modoOperacion) { // 0:RX 1:TX 2:LOWPOWER
    case 0:
      Radio.Rx( 0 );   
      modoOperacion=2;  //LOWPOWER;
      break;
    case 1:
      delay(500);
      transmiteMsg();
      modoOperacion=0;
      break;
    case 2:
      lowPowerHandler();
      modoOperacion=0;
      break;
    default:
      break;
  }
  turnOnRGB(0,0); // LED apaga
  delay(100);
  Radio.IrqProcess( );
}

Procedimiento de transmisión de paquete LoRa

void transmiteMsg( void ) {
  turnOnRGB(COLOR_SEND,0); // LED de placa
  // Paquete a transmitir
  sprintf(txpacket,"%d",dir_local);
  sprintf(txpacket+strlen(txpacket),"%d",dir_destino);
  sprintf(txpacket+strlen(txpacket),"%d",txNumero); //añade número paquete a txpacket

  // Mensaje a pantalla
  Serial.printf("\rTX Paquete \"%s\" , tamano %d bytes\r",
                txpacket, strlen(txpacket));
  Serial.printf("\r , proximo en %d ms \r\n",
                tiempo_espera);
  
  // Transmite paquete LoRa
  Radio.Send( (uint8_t *)txpacket, strlen(txpacket) );

  txNumero = txNumero + 1;  // cuenta paquete
  if (txNumero>=99){
    txNumero = 0;           // reinicia contador
  }
  modoOperacion=2;//LOWPOWER;
}

void OnTxDone( void ) {
  turnOnRGB(0,0);
  modoOperacion=0;
}

void OnTxTimeout( void ) {
  Radio.Sleep( );
  Serial.println("TX Timeout......");
  modoOperacion=1;
}

Procedimiento de recepción de paquete LoRa

void OnRxDone( uint8_t *payload, uint16_t size, int16_t rssi, int8_t snr ) {
  turnOnRGB(COLOR_RECEIVED,0);
  Rssi = rssi;     // nivel de recepcion
  rxSize = size;
  memcpy(rxpacket, payload, size );
  rxpacket[size]='\0';  //añade fin de cadena

  Radio.Sleep( );

  Serial.printf("\r    RX Paquete \"%s\" , tamanio %d, Rssi %d \r\n",
                rxpacket,rxSize,Rssi);
}

Resultados

TX Paquete "213110" , tamano 6 bytes , proximo en 8118 ms 
TX Paquete "213111" , tamano 6 bytes , proximo en 8429 ms 
TX Paquete "213112" , tamano 6 bytes , proximo en 9397 ms 

Instrucciones

/* TRANSMITE de Mensajes Heltec Automation send communication test example
 * Referencia: https://github.com/HelTecAutomation/ASR650x-Arduino 
*/
#include "LoRaWan_APP.h"
#include "Arduino.h"

#ifndef LoraWan_RGB    // LED placa
#define LoraWan_RGB 0
#endif

// LoRa Parametros
#define RF_FREQUENCY       915E6     // Hz
#define TX_OUTPUT_POWER    14        // dBm
#define LORA_BANDWIDTH     0         // [0: 125 kHz, 1: 250 kHz,
                                     //  2: 500 kHz, 3: Reserved]
#define LORA_SPREADING_FACTOR   7    // [SF7..SF12]
#define LORA_CODINGRATE         1    // [1: 4/5,  2: 4/6,
                                     //  3: 4/7,  4: 4/8]
#define LORA_PREAMBLE_LENGTH    8    // Same for Tx and Rx
#define LORA_SYMBOL_TIMEOUT     0    // Symbols
#define LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON  false
#define LORA_IQ_INVERSION_ON        false
#define RX_TIMEOUT_VALUE            1000
#define BUFFER_SIZE                 30 // Tamaño de paquete
char txpacket[BUFFER_SIZE];       // cadena de caracteres
char rxpacket[BUFFER_SIZE];
static RadioEvents_t RadioEvents;

byte  txNumero;
int16_t Rssi,rxSize;

// Direcciones por dispositivo
byte dir_local   = 31; // Dispositivo envia
byte dir_destino = 21; // Dispositivo recibe

// tiempo entre Tx de datos o lecturas de sensor
long tiempo_antes     = 0;
long tiempo_intervalo = 7000;
long tiempo_espera = tiempo_intervalo + random(3000);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  txNumero=10;  Rssi=0;

  Radio.Init( &RadioEvents );
  Radio.SetChannel( RF_FREQUENCY );
  Radio.SetTxConfig( MODEM_LORA, TX_OUTPUT_POWER, 0, LORA_BANDWIDTH,
                    LORA_SPREADING_FACTOR, LORA_CODINGRATE,
                    LORA_PREAMBLE_LENGTH, LORA_FIX_LENGTH_PAYLOAD_ON,
                    true, 0, 0, LORA_IQ_INVERSION_ON, 3000 ); 
}
void loop(){
  // Intervalos entre mensajes
  long tiempo_ahora   = millis();
  long t_transcurrido = tiempo_ahora - tiempo_antes;

  if (t_transcurrido >= tiempo_espera){
    transmiteMsg();  
    tiempo_antes = millis(); //actualiza tiempos
    tiempo_espera = tiempo_intervalo + random(3000);
  }
}

Procedimiento de transmisión de paquete LoRa

void transmiteMsg( void ) {
  turnOnRGB(COLOR_SEND,0); // LED de placa

  // Paquete a transmitir
  sprintf(txpacket,"%d",dir_local);
  sprintf(txpacket+strlen(txpacket),"%d",dir_destino);
  sprintf(txpacket+strlen(txpacket),"%d",txNumero); //añade número paquete a txpacket
  
  // Mensaje a pantalla
  Serial.printf("\rTX Paquete \"%s\" , tamano %d bytes\r",
                txpacket, strlen(txpacket));
  Serial.printf("\r , proximo en %d ms \r\n",
                tiempo_espera);

  // Transmite paquete LoRa
  Radio.Send( (uint8_t *)txpacket, strlen(txpacket) );
  
  txNumero = txNumero + 1;  // cuenta paquete
  if (txNumero>=99){
    txNumero = 0;           // reinicia contador
  }
}

void OnTxDone( void ) {
  turnOnRGB(0,0);
}

void OnTxTimeout( void ) {
  Radio.Sleep( );
  Serial.println("TX Timeout......");
}