[模組] LoRa 模組範例測試通訊距離

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測試模組的傳輸距離

         根據前一篇文章，拿兩個Arduino MKRWAN 模組分別接上兩顆AA電池，再外接天線，如下圖。如果沒有外接天線，接收的RSSI訊號不強，點對點的傳輸距離大概幾公尺左右。傳輸距離的測試實驗中，我們分別將LoRaSender和LoRaReciver程式碼上傳到模組上，再測試三種頻率433MHz、868MHz和915MHz，結果發現其中的433MHz接收訊號最差，915MHz的RSSI最好。
        距離測試以915MHz為主，過程中LoRaSender的位置離水平面約1.5公尺高，然後LoRaReciever沿著直線距離緩慢地移動，傳輸的直線距離(無障礙物)大約是250~300公尺，250公尺就會逐漸出現通訊不穩的情況，這距離似乎比想像的還短很多，疑問LoRa不是號稱可傳數公里遠嗎? ( 模組沒有強波設計?!)另外，測試過程使用了兩種不同的天線，如下圖所示，結果是左邊天線的接收效果比較好。
LoRa 連線測試
測試過程的兩種天線

參考資料
長距離低功耗無線通訊技術

位置： 807台灣高雄市三民區

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實作目的         本文要實現一個藍芽 BLE client/server 的架構，以 Filogic 130A 開發板做為智慧音箱的 BLE server 端，另外 ESP32 的藍芽遙控器做為 BLE client 端，架構圖如下所示。在先前的文章 https://han-ya.blogspot.com/2022/04/smart-speaker-on-filogic-130a-kit.html  已經實現智慧音箱的功能，不只是聲控方式，我們還希望能再增加無線遙控的功能。然而， MT7933 晶片(Cortex-M33)本身有語音運算且具有藍芽連接的能力，所以採用 BLE 來達到這項目的。本文的最後一段，有影片呈現實現的結果。         架構中，做為 BLE server 的設備，就是等待其他周邊設備的連接請求，所以連線之前需要發出廣播與配對 (advertising) 的訊號到空中。另一方面，做為 BLE client 的設備，本身要進入掃描模式，查看空中有哪些 server 設備，然後再對特定的 server 提出連線的請求。等連線成功後，client 便可以取得 server 端的 GATT 各種屬性。 圖一：BLE client / server 架構圖 ESP32 client         在 Arduino IDE 開發環境中，ESP32 提供不少範例程式，其中打開範例 ESP32 BLE Arduino\BLE_client，這是一個 client 端的應用，它會開啟 scan 模式，掃描周圍能提供服務的藍芽設備，並將名稱顯示在 COM port 上，如下圖所示，這個範例能掃描到藍芽位址，設備名稱，以及服務的 UUID。一般來說，client 設備上會有顯示資訊，讓我們選擇連線哪一個藍芽設備，在 ESP32 BLE 模組就先用 COM port 充當顯示囉！ 圖二：BLE client 掃描設備的結果         如果 client 端要連線某一指定的設備，要先知道設備名稱，比如我們這個實驗打算連線的是 Filogic 130A 開發板，它廣播的名稱為 " BLE_SMTCN "，那 client 端的程式被我改寫成，只要一掃瞄到這個名稱後，便向這設備進行連線的請求。連線成功後，我們看到 COM por
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[模組] 無線資料傳輸：nRF905 和 nRF24L01 (以 Arduino 為控制器)

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# [模組] LoRa 模組範例測試通訊距離 # [模組] LoRa - Arduino MKRWAN 1300 通訊模組 模組說明          過去挪威公司 Nordic 開發兩款無線通訊傳輸模組，一種用在中低頻段 (433/868/915 MHz)，稱為 nRF905 ；另一種用在高頻段 (2.4 GHz)，稱為  n RF24L01 。以 RF 特性來看這兩款模組，低頻傳輸距離較高頻遠，低頻訊號具有繞射特性，高頻訊號穿透性較差，不過高頻的資料傳輸率比較高，NRF24L01 傳輸率 > 250kbps，NRF905傳輸率 < 50kbps。因此，我們可以依據應用的需求，選擇適合的無線模組。        圖一所示為 Nordic 公司的 NRF 模組的內部方塊圖，圖右邊有 SPI 控制介面可以讀寫晶片內的暫存器，這些暫存器組算是晶片基頻的數位資料，已經被解調後的資料了。另外，控制接腳用來切換 TX/RX 模式，RF 模組的傳輸可視為 半雙工 方式，因為不可能同時發送又接收。圖左邊是天線，內有一機制是模式切換，就是技術文件裡說的 BurstTX 和 BurstRX。接收端，後面接一個 LNA 放大器，將接收下來的小訊號放大以便讓後端解調處理。發射端，接一個 PA 放大器，將調變訊號再增強以便發射出去，PA 增益越大，發射的距離越遠，但是以這模組上的 PA 放大功率有所限制，主因還是使用無線頻譜資源必須得遵守， 不可干擾其他設備 。 圖一：NRF 無線模組的內部方塊圖 資料傳輸測試         NRF 模組內部有兩大機制，一個是位址，一個是 CRC 檢測，必須位址正確了，加上 CRC 檢測無誤，這樣才算完整接收成功。為了驗證資料丟失率，我們用兩塊 Arduino 開發板和 NRF905 模組，當做資料乒乓傳輸測試，一邊當發射端，一邊當接收端。發射端送出資料後，接收端收到後必須再回傳，發射端確認回傳資料無誤後，紀錄一次正確傳輸，如果一段時間沒有收到，代表資料丟失，記錄一次失敗傳輸，發射端再重新傳輸一次。         底下影片紀錄雙邊通訊的情況，在短距離的範圍內 (< 1公尺)，發送一筆 4 bytes 長度的資料，接收端再回傳資料，當做 ACK，過程中還是有丟失資料的現象。測試代碼可參考 [2][3]。 影片：兩個 NRF90
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[應用] STM32 DFU (Device Firmware Upgrade)

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DFU 說明         DFU (Device Firmware Upgrade) 顧名思義是升級晶片的韌體程式，這相當於嵌入式系統中的 bootloader 程式。一般來說，我們所開發設計的韌體程式會存放在晶片內建的 flash 或者外部的 flash、 NOR、NAND，而 DFU 程式就是為了更新放在那些 flash 裡的韌體。另外，更新的方式可以透過 RS-232、Ethernet、USB...等，從這些媒介收到更新的程式碼，再燒錄到所存放的對應位址。         對於 STM32 晶片來說，當電源啟動後，晶片第一執行的位址就是 0x8000000，所以我們把這一小段 DFU 程式安排在這個位址，此時 DFU 內部程式執行後，我們會設計成做個判斷「是否做韌體升級」，如果沒有的話，DFU 會將執行位址跳到 APP 定義的位址，如下圖所示。圖一中，APP 程式碼安排在 0x8003000 位址，這個位址可以自己定義，假如 DFU 程式碼比較大，勢必要將 APP 位址往後移，如果 DFU 程式碼較小，就可以將位址往前移。         如果判斷為更新韌體，這時 DFU 要啟動輸入媒介(RS-232、Ethernet、USB)的驅動，同時也要啟動寫入 flash 的驅動。將收到的韌體程式碼，逐步寫入 flash 裡面。接下來本文的例子是以 STM32 USB 的更新方式來說明，STM32 網站有提供 DFU USB 的範例程式。 圖一：STM 內部記憶體配置 位址安排         當我們用 KEIL IDE 開發環境編譯時，需要先配置程式碼儲存的地方，圖二和圖三分別是 DFU 和 APP 程式碼定義的位址，DFU 放置在 0x8000000，大小為 0x3000 ，然後 APP 程式碼則要放在 0x8003000 ，這就是程式碼配置的關鍵步驟。         此外，還要留意一點，由於 APP 程式碼起始位址已經偏移了，它的中斷向量表 Vector 位址也已經偏移了，所以我們必須要 APP 程式裡把新的中斷向量表做重新的 map，指向新位址。請參考底下這個函數                             NVIC_SetVectorTable ( NVIC_VectTab_FLASH, 0x3000 ); 圖二：設置 DFU 的
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