ED 硬體與軟體說明

ED 是由樹莓派開發板(Raspberry Pi)[19]使用連接杜邦線連接 LoRa 通訊模組(使用 群登科技股份有限公司的 EK-S76SXB LoRa 通訊模組)[9]，將樹莓派上的 TX/RX 腳位 與通訊模組RX/TX 腳位連接，在樹莓派上執行以 Python 程式語言所撰寫的程式控制通 訊模組。而LoRaWAN 使用 Spreading Factor (SF)展頻技術，相同的頻率通道中，可再以 不同的SF 來切割通道做 multiple access，但會影響資料傳輸率。閘道器可以同時接收不 同SF 的 LoRa 通訊模組訊息，不同的 SF 會影響訊息傳送的速率，我們可以對 LoRa 通 訊模組下達指令更改其傳送速率(Data Rate)，即可變更 SF、傳送訊息的速率和傳送訊息 的長度，根據LoRa Alliance 官方釋出的區域參數規格書[17]，台灣所使用的區域參數為 AS923，由於我們所使用的硬體傳送速率(Data Rate)只能設定在 0~4 的範圍，表 4.1 為

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傳送速率與其對應之參數設定。從表 4.1 中可以看到，當更改 Data Rate 時，將使用對 應的SF、傳送上行訊息的長度和傳送上信訊息的速度。

Data Rate

Spreading Factor

Uplink Payload Size (bytes)

Indicative physical bit rate (bit/s)

0 12 59 250

1 11 59 440

2 10 59 980

3 9 123 1760

4 8 250 3125

表4.1 Data Rate 關係對應表

我們也在樹莓派上接上 DHT11 溫溼度感測器接收資料，將透過 LoRa 通訊模組週 期性持續將溫度訊息傳送出去，裝置如圖4.1 所示。

圖4.1 ED 裝置

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我們利用Python 程式語言開發樹莓派上的應用軟體，為了能夠從樹莓派與 LoRa 通 訊模組溝通，程式中我們將寫入和讀取LoRa 通訊模組在樹莓派的 Linux 作業系統上序 列埠(Serial port)裝置檔案(Device file)，達到傳送與接收目的。對裝置檔案寫入指令，是 用來對 LoRa 通訊模組下達指令，指令主要是用來更改 LoRa 通訊模組的設定(例如：

MAC Address、Data Rate、傳送頻率等等)或是傳送上行訊息。而從裝置檔案讀取資料，

使用來接受LoRa 通訊模組所接收的回應訊息，我們也可以透過終端程式去對 LoRa 通 訊模組下指令(例如：Termite[11])，圖 4.2 和圖 4.3 為 ED 的樹莓派開發板所執行的程式 碼。在此實作中，我們假設ED 只要傳送一種感測資料，如溫度。

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ED 程式碼 1: import serial 2: import time

3: import Adafruit_DHT 4:

5: ser = serial.Serial("/dev/ttyAMA0", 115200) 6: MacAddress = "11065517"

7:

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46: if __name__ == "__main__":

47: try:

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的資料(Data)，所以在設置一個 MacAddress 的變數，此變數的字串要設置為 LoRa 通訊 模組的Mac address。

第8~44 行，此為程式主要執行的 loop 函式，而在第 46~50 行該函式被呼叫執行，

觸發中斷按鍵，之後關閉序列埠結束程式。第9~15 行，首先設置 Number 變數為 0，此 為訊息中的檢查碼，與圖3.1 的 ED 演算法中 SerNumber 相互呼應。在 LoRa 通訊模組 在傳送訊息前，將其設置為ABP 模式(Activation by personalization)，此模式會以 LoRa 通訊模組自身的Mac address 和裝置金鑰傳送訊息。所以先對裝置檔案寫入 mac join abp 指令，接著用while 迴圈去讀取裝置檔案，如果收到“>> accepted”字串，則代表模式設 置指令執行完畢。

第16~44 行，為函式的主迴圈，在這個迴圈內要將感測器的資料和檢查碼與 LoRa 通訊模組的 Mac adddress 合併成字串放入 SendMessage。最後再將此字串寫入裝置檔 案，再讀取裝置檔案判斷回應的訊息。第17~28 行將感測器的資料和檢查碼轉換為對應 的ASCII 碼，放入對應的字串中。而第 29~32 行，此 for 迴圈對應到 ED 演算法，若無 反應嘗試重傳，TH 為重新傳送的次數。flag 是為了判斷傳送成功後跳離迴圈的變數，

SendMessage 是合併 LoRa 指令、Mac address、檢查碼和感測器資料的字串，接著將 SendMessage 轉成 16 進制寫入裝置檔案。第 33~40 行的迴圈是為了讀取裝置檔案，直 到收到“>> tx_ok”或“>> err”字串。收到前者字串代表傳送訊息成功，將 flag 設置為 1 之後跳離迴圈；收到後者，則是沒有收到 ack 回應訊息，代表傳送失敗直接跳離讀取 迴圈。第41~43 行，在傳送每筆訊息之間，需使程式閒置一段時間，這邊以 5 秒為例。

接著判斷flag 為 1 則跳離 for 迴圈，傳送下一筆訊息。否則傳送此筆訊息直到 TH 等於 5 會自動跳離 for 迴圈。第 44 行，為了使每筆訊息的檢查碼不同，最後將 Number 加 1。

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