LoRaIOT家庭环境监测系统的制作

步骤1：电池操作无线传感器设计

434-MHz无线遥控器的设计使用以下部件：

ATtiny85 8-位AVR微控制器

Sensirion SHT31-D - 温度和湿度传感器分线板

Sparkfun 434-MHz RF链路发送器

10K欧姆电阻器

早期设计决策之一是避免需要稳压3.3V或5V的器件，以及选择在宽电压范围内工作的器件。这消除了对电池操作设计中的电源浪费的电压调节器的需要，并且延长了传感器的工作寿命，因为随着电池电压随时间下降它们将继续运行更长时间。所选部件的工作电压范围如下：

ATtiny85：2.7V至5.5V

SHT31-D：2.4V至5.5V

RF Link Tx：1.5V至12V

允许一定的余量，434-MHz无线遥控器应在功能上运行至3V的电池电压。如前所述，随着电池电压降低，发射功率降低，可以保持RF链路可靠性保持良好状态。

决定使用3节AA电池提供标称启动电压4.5V运行16个月后，测得的最低电池电压为4.36V。

ATtiny85看门狗定时器（WDT）用于使434-MHz无线遥控器在大多数时间内处于休眠模式。每隔8秒WDT就会唤醒ATtiny85以增加一个10分钟的计数器;在达到10分钟的时间间隔后，进行测量并传输数据包。

为了进一步降低功耗，SHT31-D和RF链路发送器由数字I/O端口引脚供电。 ATtiny85配置为输出。当I/O引脚被驱动为高电平（1）时会产生电源，当I/O引脚被驱动为低电平（0）时会被移除。通过软件，只需每隔10分钟对这些外围设备供电，持续1-2秒，同时进行测量和传输。有关相关软件的说明，请参阅434-MHz无线远程软件。

434-MHz无线遥控器中使用的唯一其他组件是10K欧姆电阻，用于上拉ATtiny85上的复位引脚。

早期的设计在电池上使用了一个电阻分压器，使ATTINY85上的ADC引脚能够测量电池电压。虽然很小，但这个分压器对电池施加恒定负载。一些研究发现了使用ATtiny85内部1.1V带隙参考电压来测量Vcc（电池电压）的技巧。通过将ADC参考电压设置为Vcc并测量内部1.1V参考电压，可以求解Vcc。只要Vcc》 3V，ATtiny85内部1.1V基准电压就是恒定的。有关相关软件的说明，请参阅434-MHz无线远程软件。

ATtiny85和SHT31-D之间的通信是通过I2C总线实现的。 Adafruit SHT31-D分线板包括用于I2C总线的上拉电阻。

ATtiny85和RF链路发送器之间的通信是通过配置为输出的数字I/O引脚实现的。 RadioHead Packet Radio库RH_ASK通过此数字I/O引脚用于RF链路发送器的开关键（OOK/ASK）。

步骤2：434-MHz无线远程硬件

零件清单：

1 x Adafruit 1/4尺寸面包板，Digikey PN 1528-1101- ND

1 x电池座3 x AA电池，Digikey PN BC3AAW-ND

1 x Adafruit Sensiron SHT31-D分线板，Digikey PN 1528-1540-ND

1 x Sparkfun RF链路发送器（434-MHz），Digikey PN 1568-1175-ND

1 x ATtiny85微控制器，Digikey PN ATTINY85-20PU-ND

1 x 8引脚DIP插座，Digikey PN AE10011-ND

1 x 10K ohm，1/8W电阻，Digikey PN CF18JT10K0CT-ND

6.75“/17cm长18AWG漆包铜线

1 x片双面泡棉胶带

18“/45cm电线缠绕电线

ATtiny85使用插座，因为不支持在线编程。

SHT31-D分线板，RF Link发射器，8针DIP插座和天线导线焊接在面包板上，如上图所示。从18AWG天线导线的1/4“处取下珐琅焊接到面包板之前。

10K欧姆电阻器焊接在8针DIP插座的引脚1和8之间的面包板上。

绕线焊接在面包板上根据上一步骤中所示的无线远程原理图，在面包板的背面进行组件之间的链接。

电池座的正极和负极引线焊接到一组“+”和“ - ”总线分别位于面包板上。

434-MHz无线遥控器使用无线网桥和LoRa IOT网关进行测试。每次插入电池时，434-MHz无线遥控器将立即发送一个数据包，此后每隔约10分钟发送一次数据包。从434-MHz传感器层接收到无线数据包后，无线网桥上的绿色LED闪烁约0.5秒。如果在网关中配置了434-MHz无线远程站号，则应通过LoRa IOT网关显示站名，温度和湿度。

使用编程的ATtiny85测试无线遥控器后，将一块双面泡棉胶带切割成与面包板相同的尺寸，用于将完成的面包板连接到电池座上。

步骤3：434-MHz无线遥控器软件

434-MHz无线远程软件附带此步骤，评论很好。

我使用Sparkfun Tiny AVR编程器和Arduino IDE对ATtiny85微控制器进行了编程。 Sparkfun有一个关于如何设置驱动程序等的广泛教程以及如何让程序员使用Arduino IDE。

我在Tiny AVR Programmer中添加了一个ZIF（零插入力）套接字来制作很容易添加和删除程序员的芯片。

步骤4：无线网桥硬件

零件清单：

1 x Arduino Uno R3，Digikey PN 1050-1024-ND

1 x Adafruit Proto Shield Arduino Stack V.R3，Digikey PN 1528-1207-ND

1 x Adafruit RFM9W LoRa无线电收发器板（915-MHz），Digikey PN 1528-1667-ND

1 x Sparkfun RF链路接收器（434-MHz），Digikey PN 1568-1173-ND

1 x 8针DIP插座，Digikey PN AE10011-ND

6.75“/17cm长度18AWG漆包铜线

3.25“/8.5cm长18AWG漆包铜线

24“/61cm电线缠绕电线

1 x USB电缆A/MicroB，3英尺，Adafruit PID 592

1 x 5V 1A USB端口电源，Adafruit PID 501

按照Adafruit.com上的说明组装原型屏蔽。

按照Adafruit.com上的说明组装RFM95W LoRa收发器板.3.25“/8.5cm长度的18AWG导线用于天线，并在从导线上剥去1/4“的珐琅后直接焊接到收发器板上。

小心地将8针DIP插座切成两半长度来创建两组4针SIP插座。

如图所示，将两个4针SIP插座焊接到原型屏蔽罩上。这些插座将用于插入RF Link接收器，因此请确保它们位于在焊接之前，正确的孔与RF链路发送器匹配。

如图所示，将RFM9W LoRa收发器板焊接到原型屏蔽。

Arduino Uno和之间建立了以下连接。使用w的RFM9W收发器板将电线缠绕在原型板的顶部：

RFM9W G0 - 》 Arduino数字I/O引脚2，RadioHead库在此引脚上使用中断0

RFM9W SCK - 》 Arduino ICSP接头，引脚3

RFM9W MISO - 》 Arduino ICSP接头，引脚1

RFM9W MOSI - 》 Arduino ICSP接头，引脚4

RFM9W CS - 》 Arduino数字I/O引脚8

RFM9W RST - 》 Arduino数字I/O引脚9

以下连接在原型板的底部：

RFM9W VIN - 》原型板5V总线

RFM9W GND - 》原型板接地（GND）总线

RF Link Rx引脚1（GND） - 》原型板接地（GND）总线

RF Link Rx引脚2（数据输出） - 》 Arduino数字I/O引脚6

RF Link Rx引脚2（Vcc） - 》原型开发板5V总线

原型板绿色LED - 》 Arduino数字I/O引脚7

引脚信息RF链路接收器可在www.sparkfun.com上获得。

从6.75“长度的18AWG电线的1/4‘剥去珐琅质，并将其插入紧邻RF Link Rx Pin的原型板孔中8（天线）。一旦插入孔中，将剥离的末端弯曲，使其与RF Link Rx引脚8接触并将其焊接到位。

使用下一个提供的草图编程Arduino Uno重置或上电后，绿色LED将闪烁两次0.5秒。从434-MHz传感器层接收到无线数据包后，绿色LED闪烁约0.5秒。