《工业控制计算机》2018年第31卷第7期图2信号总数据传输流程图随着科技发展，交警手动指挥以及直接操纵信号机的方法已不适应当前高速发展的信息时代，即使目前较为先进的信号控制遥控器也存在功耗大、丢包率太高、控制信号机时延迟很大等问题。综合考虑到频段、无线标准、电池使用、报文长度、最大传输速率、互相干扰几率、兼容性以及遥控器的实际应用环境等方面，提出了一种基于LORA（LongRange）———一种快速兴起的作为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN（Low－powerWide－AreaNetwork，低功耗广域网）模式———的通信技术。在万物互联的大环境下，本文将基于LORA技术的SX1278模块与原始单片机相结合，开发信号控制遥控器，从而实现交警可针对现场实际情况对交通信号进行实时精准控制。1LORA技术介绍LORA作为LPWAN通信技术改变了以往关于传输距离与功耗的矛盾关系，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展到传感网络。表1从灵敏度、链路预算、覆盖范围、传输速率、发送电流、待机电流、接收电流、2000mAh电池使用寿命、定位、抗干扰性、拓扑结构等参数上比较了Sigfox、LTE－M、ZigBee、WLAN、802．11ah和LORA的区别，综合考虑，使用LORA技术开发信号控制遥控器是具有很大优势的最佳技术。表1各种无线通信技术比较LORA技术除了通讯距离远以外，最具有竞争力的优势就是低功耗，大大增加电池续航能力，减少充电次数，延长电池使用寿命；以及强大的抗干扰能力，LORA技术可以在负信噪比，即信号功率小于噪声功率时也可以无差错并且高效进行信号传输。2系统总体设计交通信号控制遥控器总体设计如图1总体框架图所示，该系统分为两部分：第一部分为信号控制遥控器，该部分由主控MCU（MSP430F5438A单片机）和LORA无线通信模块（SX1278模块）以及电源、按键等构成，MCU与LORA模块间通过模拟SPI进行通信；第二部分为信号接收器，该部分由LORA通信模块传输数据到MCU，然后MCU连接信号控制器，高效实时控制信号机。数据传输流程如图2所示，在搭建的基于LORA技术的遥控器软硬件平台上，主机通过单片机检测遥控器按键是否按下（按键按下单片机结束低功耗模式），然后检测按键顺序是否符合协议标准，若满足协议设计标准则MSP430F5438A单片机通过模拟SPI通信发送指令数据包给LORA的寄存器，LORA模块通基于LORA技术的交通信号遥控器设计张雨晨梁振奇（北方工业大学城市道路交通智能控制技术北京市重点实验室，北京100043）DesignofTrafficSignalRemoteControlBasedonLORATechnology摘要：针对目前交通控制采取手动控制或ZigBee等无线技术控制时存在的延时过大、功耗高、电池使用寿命短、接收灵敏度低以及数据处理速度缓慢等问题，提出了一种基于LORA技术的信号控制遥控器的方案。该方案以基于LORA调制技术的SX1278模块为核心，与低功耗的MSP430单片机相结合，重点介绍了MSP430F5438A单片机采用SPI的通信方式与SX1278模块进行通信，实现了基于路口实际交通状况的交通信号无线遥控。实验结果表明该设备抗干扰能力强，功耗低，续航时间长，通讯距离远，应用前景较为广泛。关键词：LORA技术，MSP430单片机，交通信号控制，SPI通信Abstract:ThispaperpresentsaremotecontrolsignalbasedontheLORAtechnologyscheme;thisschemeusesSX1278LORAmodulationmodulebasedonthetechnologyasthecore,andlowpowerconsumptionMSP430microcontrollercombi-nation,introducestheMSP430F5438AMCUusesSPIprotocoltocommunicatewiththeSX1278module,thewirelessremotecontroloftrafficsignalbasedontheactualtrafficsituationoftheintersection．Keywords:LORA,MSP430,trafficsignalcontrol,SPI图1总体框架图53

基于LORA技术的交通信号遥控器设计过特定通讯协议互相传输；接收器MSP430F5438A单片机通过模拟SPI通讯发送指令到LORA模块读取并处理指令数据包，进而根据协议分析指令包对信号控制器做出相应的实时控制。3硬件设计及系统控制流程3．1遥控器硬件设计及系统控制流程遥控器硬件系统设计，选用MS9430F5438A单片机控制器，无线收发模块选用基于LORA技术的SX1278无线模块，结合基础电源模块和指示灯与显示模块。以MSP430F5438A单片机为主机，无线收发模块SX1278为从机，使用模拟SPI进行通信。如图3所示，主机P10．2引脚为MISO（主收从发）接从机SX1278模块的MISO（主收从发）引脚；主机P10．1引脚为MOSI（主发从收）接从机SX1278模块的MOSI（主发从收）引脚；主机P10．3引脚为SCK（时钟）引脚接从机SCK（时钟）引脚；主机P10．7为NSS（片选）引脚接从机NSS（片选）引脚；其余控制指示灯以及按键的通用IO引脚在此不做赘述。该设备的技术核心为MCU通过模拟SPI对SX1278模块进行控制，信号控制遥控器控制流程如图4所示，在系统完成准备工作后，判断信号控制遥控器是否按下，若按键已经按下，则MSP430F5438A通过模拟SPI发送相应键值组成的数据包到SX1278模块，SX1278无线通信模块再发送数据包到接收器的SX1278无线通信模块，最后，系统重新设置为原始模式。3．2接收器硬件设计及系统控制流程接收器硬件系统设计，选用MSP430F5438A单片机，无线收发模块选用LORA技术的SX1278无线模块，结合基础电源模块，通过MSP430F5438A单片机的基础485通信模式与信号控制器相连接，达到实时精准控制信号控制器的效果，如图5所示，硬件连接方法与遥控器硬件连接相似。图5接收器硬件连接方式接收器系统控制控制流程图如图6所示，系统不断访问中断完成标志寄存器，判断中断完成标志寄存器标志位是否为“1”，若不为“1”，则继续判断中断完成标志寄存器；若中断完成标志寄存器标志位为“1”，则接收并处理数据包，解析接收到的数据包，根据解析指令实时精准控制信号控制器，然后重新将SX1278无线通信模块设置为连续接收模式，继续不断地访问中断完成标志寄存器，判断标志位。4设备软件设计系统软件主要依靠MSP430－F5438A型号单片机，在该单片机系统搭建环境从而对基于LORA技术的SX1278模块进行控制。遥控器端MSP430F5438A单片机检测按键，然后传输键值给LORA模块，LORA模块在通过协议发送数据进行通讯；接收器端LORA模块接收到数据并传输给MSP430F5438A单片机，单片机解析数据包。主要使用了MSP430F5438A单片机的通用IO模块、模拟SPI模块，并运用了MSP430F5438A单片机以及LORA模块的低功耗模式，大大降低了电池的消耗，增加了续航能力。4．1IO模块IO（输入输出）口是微处理器系统对外界沟通的最基本部件，在MSP430系列中，不同的单片机IO口数量不同。MSP430F5438A有11组IO口，该设备使用基本IO口，设置为输入或输出模式，以指示灯为例，选取P2．0以及P2．1为指示灯引脚，代码说明如下：P2DIR｜＝BIT0;／觹P2．0设置为输出觹／P2DIR｜＝BIT1;／觹P2．1设置为输出觹／P8OUT｜＝BIT0;／觹LED灭觹／P8OUT｜＝BIT1;／觹LED灭觹／4．2SPI通讯模块本设计采用SPI通讯方式进行，SPI通讯是Motorola初次提出的全双工同步串行通讯，选取主从模式架构，支持多个从机设备，但一般只可以选用一个主机设备。本设计主要选用模拟SPI通信模式（主／从、4线模式），分别为MOSI（主出从入）、MISO（主入从出）、CE（片选）、SCK（时钟），该设备并不选用拥有SPI功能的IO口进行硬件SPI通信，而是选取普通的IO口（输入输出通用寄存器）进行模拟SPI传输。该设备选取P10引脚，代码实例如下：IO初始化：P10DIR｜＝BIT1＋BIT3;／觹MOSI及sck为输出模式觹／P10DIR＆＝觸BIT2;／觹MISO为输入模式觹／P10DIR｜＝BIT6＋BIT7;／觹RST及CE为输出模式觹／模拟SPI发送：voidRF＿SPI＿MasterIO(unsignedcharouttt)邀unsignedchari;for(i＝0;i＜8;i＋＋)邀if(outtt＆0x80)／觹检查最高位是否为高觹／RF＿SDI＿H;／觹拉高引脚觹／elseRF＿SDI＿L;／觹拉低引脚觹／RF＿CKL＿H;／觹时钟拉高觹／DELAYY(1);outtt＝(outtt＜＜1);RF＿CKL＿L;／觹时钟拉低觹／图4基于模拟SPI控制流程图6接收处理数据流程图图3遥控器各模块硬件连接方式54

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