Lora RA-02 giao tiếp STM32, Thu phát RF Lora SX1278 433Mhz + STM

Lora RA-02 giao tiếp STM32 sử dụng Mạch thu phát RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 Ai-Thinker được sản xuất bởi Ai-Thinker sử dụng chip SX1278 của nhà sản xuất SEMTECH chuẩn giao tiếp LORA (Long Range), chuẩn LORA mang đến hai yếu tố quan trọng là tiết kiệm năng lượng và khoảng cách phát siêu xa ( Ultimate long range wireless solution), ngoài ra nó còn có khả năng cấu hình để tạo thành mạng truyền nhận nên hiện tại được phát triển và sử dụng rất nhiều trong các nghiên cứu về IoT. 

• Phone : 0967.551.477
• Zalo    : 0967.551.477
• FB      : Huỳnh Nhật Tùng
• Email : dientunhattung@gmail.com
• Địa Chỉ: 106/14 Đường số 51, Phường 14, Gò Vấp, Tp HCM
• Chi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32

1.1 Vi điều khiển STM trong mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụng như F0,F1,F2,F3,F4….. Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3. STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz. Giá thành cũng khá rẻ so với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự. Mạch nạp cũng như công cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng. Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và thuốc, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ… Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C… Ở đây mình sử dụng Keil C nên các bài viết sau mình chỉ đề cập đến Keil C.

Thông tin khác

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …

b. Sơ lược về STM32:

• 1 cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như debug.
• 2 MCU bao gồm 1 MCU nạp và 1 MCU dùng để lập trình.
• Có chân Output riêng cho các chân mạch nạp trên MCU1.
• Có chân Output đầy đủ cho các chân MCU2.
• Chân cấp nguồn ngoài riêng cho MCU2 nếu không sử dụng nguồn từ USB.
• Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC và Backup.
• Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader.
• Nút Reset ngoài và 1 led hiển thị trên chân PB9, 1 led báo nguồn cho MCU2.

1.2 Module Thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32 truyền nhận không dây

a. Giới thiệu Thu phát Lora RA-02

Mạch thu phát RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 Ai-Thinker được sản xuất bởi Ai-Thinker sử dụng chip SX1278 của nhà sản xuất SEMTECH chuẩn giao tiếp LORA (Long Range), chuẩn LORA mang đến hai yếu tố quan trọng là tiết kiệm năng lượng và khoảng cách phát siêu xa ( Ultimate long range wireless solution), ngoài ra nó còn có khả năng cấu hình để tạo thành mạng truyền nhận nên hiện tại được phát triển và sử dụng rất nhiều trong các nghiên cứu về IoT. Mạch thu phát RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 Ai-Thinker có thiết kế nhỏ gọn dạng module giúp dễ dàng tích hợp trong các thiết kế mạch, mạch được thiết kế và đo đạc chuẩn để có thể đạt công suất và khoảng cách truyền xa nhất, ngoài ra mạch còn có chất lượng linh kiện và gia công tốt cho nên có độ bền cao và khả năng hoạt động ổn định.

b. Thông số kỹ thuật Thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32

• IC chính: SX1278 từ SEMTECH.
• Truyền thông phổ LoRaT + 20dBm – 10mW. Công suất đầu ra RF ổn định khi điện áp đầu vào thay đổi
• Truyền thông SPI bán song công
• Tốc độ bit có thể lập trình có thể đạt tới 300kbps
• Hỗ trợ Chế độ điều chế FSK, GFSK, MSK, GMSK, LoRaTM và OOK
• Phạm vi sóng 127dB RSSI.
• Tự động phát hiện tín hiệu RF, chế độ CAD và AFC tốc độ siêu cao
• Với công cụ dữ liệu CRC 256 byte
• Gói nửa lỗ (lỗ đúc)
• Với vỏ bảo vệ kim loại
• Chốt pin: 2.0mm
• Chứng nhận: FCC / CE
• Chuẩn không dây: 433 MHz
• Dải tần: 420 – 450 MHz
• Cổng: SPI / GPIO
• Điện áp hoạt động: 1.8 – 3.7V, mặc định 3.3V
• Công việc hiện tại:
• nhận: dưới 10.8mA (LnaBoost đã đóng, Băng 1)
• truyền: dưới 120mA (+ 20dBm)
• Mô hình ngủ: 0,2uA
• Nhiệt độ làm việc: -40- +85 độ.

c. Sơ đồ chân vào chức năng Thu phát Lora RA-02

Số chân        Tên chân          Chức năng chân 1                    ANT                  Kết nối Anten 2                    GND                 Nối đất 3                    3.3V                 Cấp nguồn 3.3V 4                    RESET             Đặt lại 5                    DIO0                Chân tín hiệu số IO0, cài đặt phần mềm 6                    DIO1                Chân tín hiệu số IO1, cài đặt phần mềm 7                    DIO2                Chân tín hiệu số IO2, cài đặt phần mềm 8                    DIO3                Chân tín hiệu số IO3, cài đặt phần mềm 9                    GND                 Nối đất 10                  DIO4                Chân tín hiệu số IO4, cài đặt phần mềm 11                  DIO5                Chân tín hiệu số IO5, cài đặt phần mềm 12                  SCK                 Đầu vào SPI clock 13                  MISO               Đầu ra dữ liệu SPI 14                  MOSI               Đầu vào dữ liệu SPI 15                  NSS                 SPI đã chọn 16                  GND                 Nối đất

d. Ứng dụng Thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32

• Bàn phím, chuột không dây
• Game controller
• Điều khiển từ xa
• Nhà thông minh và tự động hóa
• Hệ thống giám sát không dây
• Hệ thống cảm biến tiết kiệm điện
• Internet of Things

e. Lưu ý khi sử dụng Thu phát Lora RA-02

• VCC chỉ được sử dụng trong dải 1.9V~3.6V.
• Ngoài trừ VCC, các pin khác của module có thể nối trực tiếp đến GPIO của Microprocessor có điện áp 5V. Mặc định là 3.3V.
• Nếu Microprocessor không có phần cứng giao tiếp SPI, có thể mô phỏng với GPIO thông thường.
• Nếu kết nối với các MCU họ 51 ở pin P0 thì cần phải có trở 10k kéo lên nguồn.
• Nếu GPIO của Microprocessor có dòng lớn hơn 10mA, cần kết nối qua trở 2k trước khi vào module này. Riêng họ AVR thì có thể kết nối trực tiếp được.

1.3 Oled cho đề tài mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

Màn hình Oled 1.3 inch giao tiếp I2C cho khả năng hiển thị đẹp, sang trọng, rõ nét vào ban ngày và khả năng tiết kiệm năng lượng tối đa với mức chi phí phù hợp, màn hình sử dụng giao tiếp I2C cho chất lượng đường truyền ổn định và rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO. Màn hình OLED SH1106 với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128×64 pixel. Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp SPI. Màn hình sử dụng driver SH1106 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm DIY hoặc các ứng dụng khác một cách nhanh chóng.

Màn hình Oled chuẩn truyền I2C

Màn hình Oled chuẩn truyền SPI

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp sử dụng: 2.2~5.5VDC
• Công suất tiêu thụ: 0.04w
• Góc hiển thị: lớn hơn 160 độ
• Số điểm hiển thị: 128×64 điểm.
• Độ rộng màn hình: 1.3 inch.
• Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương.
• Giao tiếp: I2C hoặc SPI tùy loại
• Driver: SH1106
• Kích thước 1.3 inch (128x64px)
• Góc nhìn tối đa: 160°
• Nhiệt độ làm việc: -30°V đến 80°C
• Tương thích với hầu hết các board như: Arduino, ESP8266, ESP32, STM32,

Lưu ý khi dùng Oled 1.3in Hiện trên thị trường sẽ có: +  2 loại chính là 0.96in và 1.3in +  2 mã số là SH1106 và SH1306 +  2 chuẩn truyền SPI và I2C Vì thế việc lựa chọn đúng đối tượng để lập trình mới có thể hiển thị được thông tin mong muốn.

1.4 Cảm biến DHT11 dùng thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu DHT11

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào. So với cảm biến đời mới hơn là DHT22 thì DHT11 cho khoảng đo và độ chính xác kém hơn rất nhiều.

b. Thông số kỹ thuật DHT11

• Nguồn: 3 -> 5 VDC.
• Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).
• Đo tốt ở độ ẩm 2080%RH với sai số 5%.
• Đo tốt ở nhiệt độ 0 to 50°C sai số ±2°C.
• Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần)
• Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm.
• 4 chân, khoảng cách chân 0.1”.

Lưu ý: Cảm biến này khi làm các bạn phải để ý chân, vì rất dễ chết khi các bạn cấp sai.

2. Hướng dẫn đồ án thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32 đọc dht11 hiển thị Oled

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

Phần mềm

• Thư viện LoRa.h tải : https://github.com/sandeepmistry/arduino-LoRa
• Thư viện Adafruit_GFX.h tải : https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library
• Thư viện Adafruit_SSD1306.h tải : https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306
• Các thư viện khác hổ trợ tải trên phần mềm Arduino IDE

Bên phát có cảm biến nhiệt độ, độ ẩm dht11

#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <DHT.h>

#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels

// Declaration for an SSD1306 display connected to I2C (SDA, SCL pins)
#define OLED_RESET LED_BUILTIN // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

#define DHTPIN 0 //pin where the dht11 is connected
#define ss 15
#define rst 16
#define dio0 2
int counter = 0;

DHT dht(DHTPIN, DHT11);
void setup() 
{
Serial.begin(115200);
dht.begin();

// SSD1306_SWITCHCAPVCC = generate display voltage from 3.3V internally
if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { // Address 0x3D for 128x64
Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
for(;;); // Don't proceed, loop forever
}

while (!Serial);
Serial.println("LoRa Sender");
LoRa.setPins(ss, rst, dio0);
if (!LoRa.begin(433E6)) {
Serial.println("Starting LoRa failed!");
delay(100);
while (1);
}

display.display();
delay(2);
display.clearDisplay();
}

void loop() 
{
float h = dht.readHumidity();
float t = dht.readTemperature();

if (isnan(h) || isnan(t)) 
{
Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
return;
}
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(t);
Serial.print(" degrees Celcius, Humidity: ");
Serial.println(h);
Serial.println();
Serial.print("Sending packet: ");
Serial.println(counter);

display.clearDisplay();
display.setTextSize(2); // Normal 1:1 pixel scale
display.setTextColor(WHITE); // Draw white text
display.setCursor(0,0); // Start at top-left corner
display.print(F("Pkt No:"));
display.print(counter);

display.setCursor(0,20); 
display.print("Tem:");
display.print(t);
display.print("C");

display.setCursor(0,40); 
display.print("Hum:");
display.print(h);
display.print("%");
display.display();

// send packet
LoRa.beginPacket();
LoRa.print(F("Pkt No:"));
LoRa.println(counter);

LoRa.print("Temp: ");
LoRa.print(t);
LoRa.println("°C");

LoRa.print("Hum: ");
LoRa.print(h);
LoRa.print("%");
LoRa.println("");

LoRa.endPacket();

counter++;

delay(3000);
}

#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>
 
#define ss 15
#define rst 16
#define dio0 4
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial);
 
  Serial.println("LoRa Receiver Callback");
 
  LoRa.setPins(ss, rst, dio0);
 
  if (!LoRa.begin(433E6)) {
    Serial.println("Starting LoRa failed!");
    while (1);
  }
 
  // register the receive callback
  LoRa.onReceive(onReceive);
 
  // put the radio into receive mode
  LoRa.receive();
}
 
void loop() {
  // do nothing
}
 
void onReceive(int packetSize) {
  // received a packet
  Serial.println("Received packet '");
 
  // read packet
  for (int i = 0; i < packetSize; i++) {
    Serial.print((char)LoRa.read());
  }
}

3. Hoạt động của mạch truyền nhận dữ liệu không dây bằng Thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho oled hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển kiểm tra có Thu phát Lora RA-02 được sử dụng không, nếu không có thì sẽ báo lỗi và chờ đến khi được gắn vào, ngược lại thì vi điều khiển cho phép truyền hoặc nhận tùy theo bên thu hoặc bên phát đã được quy định từ trước. Khi nhận được tín hiệu từ bên phát gửi qua bên thu thông qua việc nút nhấn thì Thu phát Lora RA-02 đưa dữ liệu vào vi điều khiển xử lý và xuất ra ngoài màn hình để hiển thị theo những gì đã được quy định bên mạch phát. 

4. Cụ thể hoạt động của mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát Lora RA-02 giao tiếp STM32

Chúc các bạn thành công…!!!