基于海思Hi3861与LoRa信道调频技术的智能腰带_海思3861芯片手册

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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腰带简介

        腰带的主要功能是跌倒判断和LORA通信。我们通过MPU6050传感器获取运动数据，结合跌倒检测算法判断佩戴者是否发生跌倒。同时，我们使用JS跳频算法实现LORA自组网通信，腰带能够把检测数据通过LORA传输到网关，能够在不同环境中实现应急通信，给跌倒者给予尽快的救助。

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一、主控芯片

        我们采用Hi3861芯片作为腰带的主控芯片， Hi3861V100是一款高度集成的2.4GHz SoC WiFi芯片，集成IEEE 802.11b/g/n基带和RF电路，RF电路包括功率放大器PA、低 噪声放大器LNA、RF balun、天线开关以及电源管理等模块；支持20MHz标准带宽和5MHz/10MHz窄带宽，提供最大72.2Mbit/s 物理层速率。 Hi3861V100 WiFi基带支持正交频分复用（OFDM）技术，并向下兼容直接序列扩频（DSSS）和补码键控（CCK）技术，支 持IEEE 802.11 b/g/n协议的各种数据速率。 Hi3861V100芯片集成高性能32bit微处理器、硬件安全引擎以及丰富的外设接口，外设接口包括SPI、UART、I2C、PWM、 GPIO和多路ADC，同时支持高速SDIO2.0 Slave接口，最高时钟可达50MHz；芯片内置SRAM和Flash，可独立运行，并支持 在Flash上运行程序。 Hi3861V100支持HUAWEI LiteOS和第三方组件，并配套提供开放、易用的开发和调试运行环境。 Hi3861V100芯片适应于智能家电等物联网智能终端领域。

二、JS信道调频算法

        为了确保系统良好的通信质量(例如，鲁棒性和永久性) ，我们将跳频信道集成到 LoRa 中，并应用了我们之前的工作，即Jump-Stay(JS)跳频算法[1]。JS算法允许节点(终端或网关)在网络中通过特定的信道跳转序列在不同的信道之间跳转。JS中的信道跳转序列由多个回合组成，每个回合由一个“跳转模式”和一个“停止模式”组成。每个节点可以在跳跃模式下连续跳转到不同的可用通道，但是在停止模式下保持在一个通道中。因此，JS算法可以帮助多个节点同时通过不同的通道进行通信，从而提高通信效率。

三、LoRa模块

1.使用说明

        我们选择的LoRa模块为正点原子ATK-LORA-02，该模块采用高效的ISM 频段射频SX1278 扩频芯片，模块的工作频率在410Mhz~441Mhz，以1Mhz 频率为步进信道，共32 个信道。可通过AT 指令在线修改串口速率，发射功率，空中速率，工作模式等各种参数。

     

2.常用AT指令

 

四、传感器

1.六轴传感器MPU6050

        MPU6050 是 InvenSense 公司推出的整合性 6 轴运动处理组件，其内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器，并且含有一个IIC 接口， 可用于连接外部磁力传感器，并利用自带的数字运动处理器（DMP: Digital Motion Processor） 硬件加速引擎，通过主 IIC 接口，向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。

五、PCB设计

        为了减少主板面积方便使用者佩戴，PCB板采用双层板设计，顶层主要放置Hi3861WiFi芯片模块（Hi-12F）和MPU6050传感器组件。传感器和主控芯片之间使用I2C串口进行连接通信。此外，我们在主板上设计了稳压电路，稳定电压，减少干扰。

         主板底层主要放置LORA模块和EPPROM。LORA模块和主控芯片之间使用UART串口通信，LORA模块的MD0和AUX引脚连接到主控芯片的GPIO引脚，从而实现LORA通信时的JS信道跳跃。存储器则连接I2C，保证即使主板掉电后数据不会丢失。

         实物图如下：

 

 

五、代码实现

1.更换信道

代码如下（示例）：

#define SEED 1346354787//随机种子
#define N 32//全局信道数
/**可用信道数改变时需改变下面代码**/
#define U 32//当前可用信道数
char *Ck[32]={"0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","10","11","12","13","14","15","16",
                "17","18","19","20","21","22","23","24","25","26","27","28","29","30","31"};//可用信道集合
/**********************************/
int M=U;//所有可用信道的数量
int P=17;//大于M的最小素数，在每一轮算法中保持不变
int r=1;//跳跃步长，是[1，M]的中一个数
int i=0;//信道索引，是[1，P]中的一个数
int t=0;//时隙计数器，每个时隙为20ms。1s=1000000
int s=0;//随机数
 
//判断是否为质数 
int isPrime(int num){
	if (num<2) return 0;
	int k=2;
	int s=sqrt(num);
	while(k<=s){
		if(num%k==0) return 0;
		k++;
	}
	return 1;
}
 
//得到一个大于M的最小素数 
int getLargestPrime(int M){
	int isPrime(int num);
	int k=M+1;
	int flag=1;
	while(flag){
		if (isPrime(k)){
			return k;
		}
		k++;
	}
    return 0;
}
 
//获取时隙t时的调频信道 
int JSHopping (int M,int P,int r,int i,int t){
	int j=0;//可用信道
	t%=(3*P);
	if (t<(2*P)) j=(i+(t*r)-1)%P+1;
	else j=r;
	if(j>M) j=(j-1)%M+1;
	return j;//返回可用信道
}
 
//连接字符串
char *join(char *a, char *b) {
char *c = (char *) malloc(strlen(a) + strlen(b) + 1); 
//局部变量，用malloc申请内存,strlen不算'\0'，所以需要+1
if (c == NULL) exit (1);
char *tempc = c; //把首地址存下来
while (*a != '\0') {
    *c++ = *a++;
}
while ((*c++ = *b++) != '\0') {
    ;
}
return tempc;
}
 
//发送AT指令进行JS跳信道
void JS_2(void){
    GPIO(0);//设置为配置模式
 
    uint32_t ret;
    WifiIotUartAttribute uart_attr = {
 
        //baud_rate: 115200
        .baudRate = 115200,
 
        //data_bits: 8bits
        .dataBits = 8,
        .stopBits = 1,
        .parity = 0,
    };
    //Initialize uart driver
    ret = UartInit(WIFI_IOT_UART_IDX_1, &uart_attr, NULL);
    if (ret != WIFI_IOT_SUCCESS)
    {
        printf("Failed to init uart! Err code = %d\n", ret);
        return;
    }
    int r0,i0;
    P=getLargestPrime(M);
    r0=rand()%M+1;//随机选取 
    i0=rand()%P+1;//随机选取
    int n=t/(3*P);
    int m=t/(3*M*P);
    r=((r0+n-1)%M)+1;
    i=((i0+m-1)%P);
    int c=JSHopping (M,P,r,i,t);
    t++;
    char *aa="AT+WLRATE=";
    char *bb=",5\r\n";
    char *packed=join(join(aa,(char *)Ck[c]),bb);//AT+WLRATE=Ck[c],5\r\n
    UartWrite(WIFI_IOT_UART_IDX_1, (unsigned char *)packed, strlen(packed));
    printf("（更换信道中）发送的数据: %s\r\n", (unsigned char *)packed);
    usleep(500000);
}

3.根据传感器回调的数据判断是否摔倒

代码如下（示例）：

static void AXIS_Task(void)
{
    E53_SC2_Init();
    short *gyroData;
    while (1)
    {
        int sum_x=0,sum_y=0,sum_z=0;
        int gyro_x=0,gyro_y=0,gyro_z=0;
        int count = 10;//取10次的均值
        for(int i=count;i>0;i--)//均值滤波
        {
            E53_SC2_Read_Data();
            MPU6050ReadGyro(*gyroData);
            sum_x += (int)E53_SC2_Data.Accel[0];
            sum_y += (int)E53_SC2_Data.Accel[1];
            sum_z += (int)E53_SC2_Data.Accel[2];
            gyro_x += (int)gyroData[0];
            gyro_y += (int)gyroData[1];
            gyro_z += (int)gyroData[2];
        }
        Temperature = (int)E53_SC2_Data.Temperature;
        x = sum_x/count/2048*G;
        y = sum_x/count/2048*G;
        z = sum_x/count/2048*G;
        dx = gyro_x/count;
        dy = gyro_y/count;
        dz = gyro_z/count;
 
        smv = sqrt(x*x+y*y+z*z);
        //printf("x=%d\ty=%d\tz=%d\tm/s^2\n",x,y,z);
        //printf("三轴加速度和：%lf m/s^2\r\n",smv);
 
 
        if(smv < 5 || smv >13)
        {
            FALL = 1;
            f = 1;
            osThreadYield();
            LED_D1_StatusSet(OFF);
            LED_D2_StatusSet(ON);
 
            itoa(x+99900,str_x);
            X_axisdata = str_x;
            itoa(y+88800,str_y);
            Y_axisdata = str_y;
            itoa(z+77700,str_z);
            Z_axisdata = str_z;
            itoa(Temperature+66600,str_t);
            Temperaturedata = str_t;
        }
        else
        {
            if(FALL==0)
            {
                itoa(x+99900,str_x);
                X_axisdata = str_x;
                itoa(y+88800,str_y);
                Y_axisdata = str_y;
                itoa(z+77700,str_z);
                Z_axisdata = str_z;
                itoa(Temperature+66600,str_t);
                Temperaturedata = str_t;
            }
            f = 0;
            LED_D1_StatusSet(ON);
            LED_D2_StatusSet(OFF);
        }
        
        osDelay(100);
    }
}

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总结

该腰带仍处于开发调试阶段，更多功能也在逐步添加完善，本篇文章记录当前开发进度。

参考文献

[1] Hai Liu, Zhiyong Lin, Xiaowen Chu, and Yiu-wing Leung. "Jump-Stay Rendezvous Algorithm for Cognitive Radio Networks". IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 23, no. 10, 2012, pp.1867-1881.

[ 2] Y. Li, Z. Lin, Z. Huang, Z. Cai, L. Huang and Z. Wei, "A Channel Hopping LoRa Technology Based Emergency Communication System for Elderly People Living Alone," 2022 21st International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT), Xi'an, China, 2022, pp. 19-26, doi: 10.1109/ISCIT55906.2022.9931253.