嵌入式安防监控项目———真实数据上传
前言
本实验计划采用STM32作为终端控制器，搭载E22-400T22D LoRa模块，通过定点传输模式，将采集到的传感器数据发送至IMX6ULL主控端，并最终在前端网页上进行实时刷新与显示。
LORA介绍
E22-400T22D是一款基于SEMTECH LoRa扩频方案的UART串口无线模块，工作于410.125~493.125MHz频段（默认433.125MHz），发射功率达22dBm，理想通信距离可达5km。模块采用TTL电平输出，兼容3.3V与5V IO口电压，尺寸仅为21×36mm，重量约6.7g，适用于嵌入式设备集成。在本实验中，它作为数据链路的无线承载层，实现STM32终端与IMX6ULL网关之间的可靠数据传输。
E22-400T22D模块提供了四种工作模式，由硬件引脚 M1 和 M0 的高低电平组合来控制。您可以根据实际应用场景，在功耗、响应速度和配置灵活性之间做出选择。
| 模式 | M1引脚 | M0引脚 | 模式介绍 |
|---|---|---|---|
| 0 传输模式 | 0 | 0 | 串口打开，无线打开，透明传输 |
| 1 WOR模式 | 0 | 1 | 可定义为WOR发送方或WOR接收方，支持空中唤醒 |
| 2 配置模式 | 1 | 0 | 用户可通过串口访问寄存器，控制模块工作状态 |
| 3 深度休眠 | 1 | 1 | 模块进入休眠 |
E22-400T22D模块在传输模式（模式0，M1=0，M0=0）下，根据数据包的目标寻址方式，可进一步细分为三种传输方式：透传模式、定点传输和广播模式。其中，定点传输是本实验采用的方式，通过在数据包中指定目标模块的地址，实现精准寻址通信，确保传感器数据仅被IMX6ULL网关接收，有效避免同频干扰。以下是三种方式的对比：
| 传输方式 | 核心特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 透传模式 | 串口收到的数据原封不动无线发出，接收端直接串口输出，不解析地址 | 简单的一对一通信，无需区分设备 |
| 定点传输 | 发送数据时携带目标模块地址，仅地址匹配的模块接收 | 多设备环境下的精准寻址通信（本实验采用） |
| 广播模式 | 同信道内所有模块均可接收，无需指定目标地址 | 系统通知、参数同步等全局下发场景 |
要实现E22-400T22D模块的定点传输，发送端需要在普通数据前补全3个字节作为数据帧头，格式为：
[目标地址高字节] [目标地址低字节] [目标信道] [用户数据]
示意图如下图所示：
假设您的接收端（IMX6ULL侧）LoRa模块配置的地址为0x0000，信道为0x17，需要发送字符串"Hello"（十六进制：48 65 6C 6C 6F），那么完整的待发送数据帧为：00 00 17 48 65 6C 6C 6F
- 00 00 → 目标地址高/低字节（指向地址为0x0000的接收端）
- 17 → 目标信道（0x17）
- 48 65 6C 6C 6F → 实际数据（“Hello”）
实验开始前，需对两端LoRa模块进行如下地址分配：IMX6ULL网关端的LoRa模块地址配置为 0x00，信道配置为 0x17；STM32终端端的LoRa模块地址配置为 0x01，信道配置为 0x18。后续数据交互中，STM32端向IMX6ULL发送数据时，需在帧头指定目标地址为 00、目标信道为 17；反之，IMX6ULL向STM32发送数据时，则需指定目标地址为 01、目标信道为 18。
具体上位机配置如下图所示：
STM32采集温湿度数据并通过LoRa定点上传
本次实验采用 STM32F103C8T6 作为终端控制器，搭载E22-400T22D LoRa模块，通过定点传输方式将采集到的温湿度传感器数据发送至IMX6ULL网关端。
LORA和单片机连接如图所示：
STM32分配的引脚如下表：
| 引脚功能 | STM32端口 | STM32引脚 | 功能说明 |
|---|---|---|---|
| M0 | GPIOB | Pin 6 | 工作模式选择位0，与M1配合控制模块工作状态 |
| M1 | GPIOB | Pin 7 | 工作模式选择位1，与M0配合控制模块工作状态 |
| AUX | GPIOB | Pin 5 | 模块状态指示引脚（输入），用于判断模块是否忙碌或准备就绪 |
| TXD | GPIOA | Pin 2 | 模块串口发送端，连接STM32的USART2_RX（PA3） |
| RXD | GPIOA | Pin 3 | 模块串口接收端，连接STM32的USART2_TX（PA2） |
完成GPIO与USART2初始化后，即可调用自定义的定点传输函数 LORA_SendFixed()，该函数会自动在用户数据前封装目标地址与信道信息，并通过LoRa模块发送至指定终端。
// ============================================
// 定点传输发送
// 参数：
// targetAddr: 目标设备地址（16位）
// targetChannel: 目标设备信道（8位）
// data: 要发送的数据指针
// len: 数据长度
// ============================================
void LORA_SendFixed(uint16_t targetAddr, uint8_t targetChannel, uint8_t *data, uint16_t len)
{
uint8_t header[3];
// 构造头部：目标地址（高字节 + 低字节）+ 目标信道
header[0] = (targetAddr >> 8) & 0xFF; // 地址高字节
header[1] = targetAddr & 0xFF; // 地址低字节
header[2] = targetChannel; // 信道
// 先发送 3 字节头部
LORA_SendData(header, 3);
// 再发送数据
LORA_SendData(data, len);
}
然后在main函数中，定时2s传输一次数据。
int main(void)
{
System_Init();
while(1)
{
if (DHT11_Read_Data(&temperature, &humidity) == 0)
{
Display_Data();
// ============================================
// 使用定点传输发送温湿度数据
// 目标地址：0x0003，目标信道：0x04
// ============================================
uint8_t txBuffer[32];
uint16_t len;
sprintf((char *)txBuffer, "T:%d.%d,H:%d.%d",
temperature / 10, temperature % 10,
humidity / 10, humidity % 10);
len = strlen((char *)txBuffer);
// 定点发送给地址 0x0003，信道 23 的设备
LORA_SendFixed(0x0000, 23, txBuffer, len);
// 同时OLED显示发送状态
OLED_ShowString(3, 1, "Sent Fixed ");
}
else
{
OLED_ShowString(3, 1, "Read Error!");
}
delay_ms(2000);
}
}
IMX6ULL接收温湿度数据
将带有USB转串口的LoRa模块插入IMX6ULL开发板的USB接口后，首先需确认Linux内核是否已内置CH340串口驱动，具体图形化配置的详细步骤可参考相关博客。
效果如下图所示：
在A7端创建独立线程，采用非阻塞I/O方式持续读取串口数据，具体实现可参考《正点原子Linux C应用编程》中串口编程相关内容。
将LoRa模块通过USB转串口接入IMX6ULL开发板后，系统自动识别为 /dev/ttyUSB0。
串口初始化需配置通信参数，包括波特率（与LoRa模块默认115200保持一致）、数据位（8位）、停止位（1位）及奇偶校验位（无校验）。通过 tcgetattr() 获取当前 termios 结构体，修改 c_cflag 寄存器完成参数设置，最后调用 tcsetattr() 使配置生效。具体实现如下：
int serial_init(const char *device, int baudrate)
{
struct termios options = {0};
// 1. 打开串口
int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1)
{
perror("open serial port failed");
return -1;
}
// 2. 保存旧配置
if (tcgetattr(fd, &old_cfg) < 0)
{
fprintf(stderr, "tcgetattr error: %s\n", strerror(errno));
close(fd);
return -1;
}
// 3. 设置波特率
speed_t speed;
switch (baudrate)
{
case 9600:
speed = B9600;
break;
case 19200:
speed = B19200;
break;
case 38400:
speed = B38400;
break;
case 57600:
speed = B57600;
break;
case 115200:
speed = B115200;
break;
case 230400:
speed = B230400;
break;
default:
speed = B115200;
break;
}
// 4. 配置串口
cfmakeraw(&options);
cfsetispeed(&options, speed);
cfsetospeed(&options, speed);
options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); // 本地连接，接收使能
options.c_cflag &= ~CSIZE; // 清除数据位
options.c_cflag |= CS8; // 8数据位
options.c_cflag &= ~PARENB; // 无校验
options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1停止位
options.c_cflag &= ~CRTSCTS; // 🔧 关闭硬件流控（明确添加）
options.c_cc[VMIN] = 0; // 不等待固定字节数
options.c_cc[VTIME] = 0; // 立即返回
// 5. 清空缓冲区
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
// 6. 应用配置
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) < 0)
{
fprintf(stderr, "tcsetattr error: %s\n", strerror(errno));
close(fd);
return -1;
}
return fd;
}
线程启动后首先调用 init_serial() 完成串口初始化，随后进入主循环，通过非阻塞方式不断轮询串口缓冲区，检测是否有新数据到达并读取。
整个pthread_transfer.c如下所示：
#include "data_global.h"
#include <termios.h>
static struct termios old_cfg; // 用于保存终端的配置参数
int serial_fd;
unsigned char rx_buffer[256];
// 函数声明
void file_env_info_struct(struct env_info_client_addr *client_addr, int home_id);
// ================================================================
// 解析 LoRa 数据并填充到结构体
// ================================================================
void parse_lora_data(const char *data, struct env_info_client_addr *client_addr, int home_id)
{
float temp = 0, humi = 0;
// 示例格式: "T:25.5,H:60.0"
if (strstr(data, "T:") && strstr(data, "H:"))
{
sscanf(data, "T:%f,H:%f", &temp, &humi);
client_addr->monitor_no[home_id].zigbee_data.tempature = temp;
client_addr->monitor_no[home_id].zigbee_data.humidity = humi;
}
}
void *pthread_transfer(void *arg)
{
int home_id = 0; // 家庭ID，假设为1
serial_fd = serial_init(ttyUSB, 115200);
if (serial_fd < 0)
{
printf("Serial init failed!\n");
return NULL;
}
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex_client_transfer);
file_env_info_struct(&client_addr, home_id); // 填入虚拟环境信息
pthread_mutex_unlock(&mutex_client_transfer);
pthread_cond_signal(&cond_client_transfer); // 发送转发条件
sleep(1);
}
}
// 模拟数据上传
void file_env_info_struct(struct env_info_client_addr *client_addr, int home_id) // 填入虚拟环境信息
{
int ret = serial_read(serial_fd, rx_buffer, sizeof(rx_buffer) - 1);
if (ret > 0)
{
rx_buffer[ret] = '\0';
parse_lora_data((char *)rx_buffer, client_addr, home_id);
}
client_addr->monitor_no[home_id].zigbee_data.humiMax = 60.0;
client_addr->monitor_no[home_id].zigbee_data.humiMin = 40.0;
client_addr->monitor_no[home_id].zigbee_data.tempMax = 30.0;
client_addr->monitor_no[home_id].zigbee_data.tempMin = 20.0;
client_addr->monitor_no[home_id].imx6ull_data.adc = 1023;
client_addr->monitor_no[home_id].imx6ull_data.accx = 100;
client_addr->monitor_no[home_id].imx6ull_data.accy = 200;
client_addr->monitor_no[home_id].imx6ull_data.accz = 300;
client_addr->monitor_no[home_id].imx6ull_data.gyrox = 10;
client_addr->monitor_no[home_id].imx6ull_data.gyroy = 20;
client_addr->monitor_no[home_id].imx6ull_data.gyroz = 30;
}
int serial_init(const char *device, int baudrate)
{
struct termios options = {0};
// 1. 打开串口
int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1)
{
perror("open serial port failed");
return -1;
}
// 2. 保存旧配置
if (tcgetattr(fd, &old_cfg) < 0)
{
fprintf(stderr, "tcgetattr error: %s\n", strerror(errno));
close(fd);
return -1;
}
// 3. 设置波特率
speed_t speed;
switch (baudrate)
{
case 9600:
speed = B9600;
break;
case 19200:
speed = B19200;
break;
case 38400:
speed = B38400;
break;
case 57600:
speed = B57600;
break;
case 115200:
speed = B115200;
break;
case 230400:
speed = B230400;
break;
default:
speed = B115200;
break;
}
// 4. 配置串口
cfmakeraw(&options);
cfsetispeed(&options, speed);
cfsetospeed(&options, speed);
options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); // 本地连接，接收使能
options.c_cflag &= ~CSIZE; // 清除数据位
options.c_cflag |= CS8; // 8数据位
options.c_cflag &= ~PARENB; // 无校验
options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1停止位
options.c_cflag &= ~CRTSCTS; // 🔧 关闭硬件流控（明确添加）
options.c_cc[VMIN] = 0; // 不等待固定字节数
options.c_cc[VTIME] = 0; // 立即返回
// 5. 清空缓冲区
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
// 6. 应用配置
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) < 0)
{
fprintf(stderr, "tcsetattr error: %s\n", strerror(errno));
close(fd);
return -1;
}
return fd;
}
int serial_write(int fd, const unsigned char *data, int len)
{
int ret = write(fd, data, len);
if (ret < 0)
{
perror("write error");
}
return ret;
}
int serial_read(int fd, unsigned char *buffer, int len)
{
int ret = read(fd, buffer, len);
if (ret < 0)
{
perror("read error");
}
return ret; // 返回实际读取的字节数
}
将数据填充结构体，然后交给刷新线程用于上传网页，之后的数据就和模拟数据上传一样，刷新现成一旦获取锁，就通过共享内存的方式将数据交给CGI进程，随后转发到HTML网页显示，如下图所示：
智能硬件社区聚焦AI智能硬件技术生态，汇聚嵌入式AI、物联网硬件开发者，打造交流分享平台，同步全国赛事资讯、开展 OPC 核心人才招募，助力技术落地与开发者成长。
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