增加LoRaWAN入门指南
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doc/16.TencentOS_tiny_LoRaWAN_Getting_Started_Guide.md
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# 基于 TencentOS tiny 的 LoRaWAN 开发入门指南
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## 1. ST P-NUCLEO-LRWAN3套件简介
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### 1.1 开发套件简介
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P-NUCLEO-LRWAN3是完整的套件,包括网关和节点,可用于评估LoRaWAN网络。使用该套件,用户可以轻松设置LPWAN网络,帮助用户学习LoRaWAN技术,了解如何在自己的应用程序中使用LoRaWAN技术。
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LoRa网关套件由ST Nucleo-F746ZG底板和瑞兴恒方(www.risinghf.com)基于SX1301的LRWAN_GS模块组成。
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ST Nucleo LoRa节点套件由LRWAN_NS1扩展板和ST Nucleo-L073底板组成。其中 LRWAN_NS1扩展板集成瑞兴恒方的RHF0M003 LoRaWAN模组,并集成了温湿度传感器HTS221、气压传感器LPS22HB、3轴磁力传感器LIS3MDL、6轴姿态传感器LSM6DS3共4个I2C传感器件。
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开发套件实物图如下:
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### 1.2 LoRaWAN节点硬件详解
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#### 1.2.1 NUCLEO-L073RZ 基于CORTEX-M0+的评估板
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NUCLEO-L073RZ基于NUCLEO 64公版PCB设计,可以方便的更换ST的其它64PIN MCU。主要特性包括:
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- LQFP64 STM32-L073RZT6 MCU
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- 20KB SRAM 192KB Flash 6KB data EEPROM
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- 两种类型扩展接口:Arduino UNO扩展接口;STM32 MORPHO扩展接口
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- 板载ST-LINK/V2-1调试/编程器
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- 灵活的供电方式选择
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- 板载3个LED灯,LD1、LD3指示工作状态,LD2为用户可编程LED灯
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- 两个按钮,复位及用户可编程按钮
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- USB重枚举能力,支持VCP,MSD,DEBUG功能
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- 大量IDE开发环境支持
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扩展接口如下图所示:
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#### 1.2.2 LRWAN_NS1 扩展板硬件
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1)扩展板接口兼容Arduino UNO接口,原理图如下:
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2) 扩展板上同一个I2C端口,挂载了4个I2C接口的传感器,分别是温湿度传感器HTS221、气压传感器LPS22HB、3轴磁力传感器LIS3MDL、6轴姿态传感器LSM6DS3,原理图如下:
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3)LoRaWAN通信模组电路原理图
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## 2. LoRaWAN节点软件开发环境准备
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### 2.1 MDK软件介绍
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MDK 即RealView MDK 或MDK-ARM(Microcontroller Development kit),是 ARM 公司收购Keil公司以后,基于uVision界面推出的针对ARM7、ARM9、Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M2、Cortex-M3、Cortex-R4等ARM处理器的嵌入式软件开发工具。MDK-ARM 集成了业内最领先的技术,包括 uVision4 集成开发环境与 RealView 编译器RVCT。支持 ARM7、ARM9 和最新的Cortex-M3/M1/M0 核处理器,自动配置启动代码,集成 Flash 烧写模块,强大的 Simulation 设备模拟,性能分析等功能,与 ARM 之前的工具包 ADS 等相比,RealView 编译器的最新版本可将性能改善超过 20%。
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Keil公司开发的ARM开发工具MDK,是用来开发基于ARM核的系列微控制器的嵌入式应用程序。它适合不同层次的开发者使用,包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。MDK包含了工业标准的Keil C编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件,支持所有基于ARM的设备,能帮助工程师按照计划完成项目。
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### 2.2 MDK安装
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点击下面的地址下载MDK软件,软件版本最好是5.24及以上:
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https://www.keil.com/download/product/
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教程以5.24版本为例,双击MDK524应用程序文件,点击next>>。
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打上 I agree前面的勾勾,即是同意一些安装协议。点击next>>。
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选择安装路径,可以默认也可以安装在我们自己建立的文件夹下。点击next>>。
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这里填写的是我们的一些信息,填写完整后,继续next>>。
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然后等待安装完成即可。
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安装完成,点击Finish。
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然后会跳出来这个界面,这个我们后面再讲,先点OK,把弹框都叉掉。
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激活MDK,导入License,激活MDK后便可使用了。
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特别提示:一定要输入License激活MDK软件,请购买正版License。
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### 2.3 Pack安装
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安装完MDK后,我们需要安装开发套件中单片机型号对应的Pack。
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安装方式一:登录官网:http://www.keil.com/dd2/pack/
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下载Keil.STM32L0xx_DFP.2.0.0.pack 后安装,如下图
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安装方式二:MDK软件上在线安装
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打开软件,在导航栏打开Pack安装界面,然后选择ok选项。
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进入在线安装界面,选着STM32L0XX Pack,点击Install进行安装。
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至此,我们开发板的单片机程序开发环境已经搭建完毕,重启MDK软件就可以使用了。
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### 2.4 ST-Link驱动安装
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前面讲了开发板单片机程序的开发环境的搭建,但是为了将程序烧录到开发板中我们还需要使用仿真器。我们这套开发板选用ST公司的ST-Link V2仿真器进行开发板程序的烧写和仿真,下面介绍ST-Link驱动的安装及环境搭建。
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在ST官网下载ST-Link驱动,
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https://www.st.com/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-utilities/stsw-link009.html
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(驱动有2种: 32位电脑系统安装“dpinst_x86”、64位电脑系统安装“dpinst_amd64”)。
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运行对应的驱动,安装ST-Link V2驱动程序。安装路径尽量保持默认路径。
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安装完成后, 将ST-Link通过USB接口连入电脑。打开“设备管理器”。若看到如下图所示,表示驱动安装成功。
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这里提醒 2 点:
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1, 各种 windows 版本设备名称和所在设备管理器栏目可能不一样,例如 WIN10 插上STLINK 后显示的是 STM32 STLINK。
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2, 如果设备名称旁边显示的是黄色的叹号,请直接点击设备名称,然后在弹出的界面点击更新设备驱动
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至此, ST-Link 驱动已经安装完成。接下来大家只需要在 MDK工程里面配置一下 ST-Link即可。
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### 2.5 编程软件(MDK)配置
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安装驱动成功后,打开MDK软件,配置程序烧写和仿真的环境。
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点击进入工程配置界面按纽,进入工程配置界面。
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选择Debug选项,进入仿真器设置界面。
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下拉仿真器选择列表,选着ST-Link Debugger并勾选右侧Use,点击Settings进入ST-Link V2仿真器配置界面。
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开发板设计的程序烧录方式为SW,此处Unit选择ST-Link/V2,且Port选择SW,并确认右侧框内是否检测出SW设备,点击<确认>保存配置。
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### 2.6 串口调试助手的安装与使用
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工具下载: http://www.daxia.com/download/sscom.rar
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安装方法:串口调试助手sscom5.13.1是免安装的,解压出压缩包即可直接使用。
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根据PC和终端之间的连接,选择正确的串行端口。
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打开电脑的设备管理器,在端口列表可以看到PC与开发板连接的端口号。
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我这里显示的是COM6,所以要在sscom工具中选择COM6,开发板程序波特率设置为115200,所以我在sscom串口工具中选择115200波特率。
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## 3. TencentOS tiny 基础内核实验
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### 3.1 打开 TencentOS tiny提供的 Hello_world 工程
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TencentOS tiny官方开源仓下载源码,地址为:
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https://github.com/Tencent/TencentOS-tiny
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进入 < TencentOS-tiny/board/NUCLEO_STM32L073RZ/KEIL/hello_world> 目录,打开TencentOS_tiny.uvprojx工程:
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### 3.2 编译HelloWorld工程
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打开工程后,我们在左侧的工程文件导航页面展开examples目录,可以看到helloworld.c源码,这里创建了两个TencentOS tiny的任务,交替运行打印任务。开发者安装下图指示,点击编译按钮即可编译工程,如图:
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### 3.3 下载运行
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首先需要配置下载环境
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按下图所示配置下载参数
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编译完成后点击如图所示”LOAD”按钮下载程序即可。
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### 3.4 查看运行结果
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连接好串口,在PC的串口助手中可以看到TencentOS tiny的两个任务交替运行,打印消息并完成任务计数,如下图所示:
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更多TencentOS tiny基础内核的使用,请参考内核开发指南文档:
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TencentOS_tiny\doc\04.TencentOS_tiny_Development_Guide.md
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TencentOS_tiny\doc\05.TencentOS_tiny_SDK_documentation.md
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## 4. 使用TencentOS tiny AT框架驱动LoRaWAN节点对接腾讯云IoT Explorer
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本实验中假设一款 LoRa 温湿度传感器 接入到物联网开发平台,通过物联网开发平台可以远程查看传感器的温度、湿度,并可远程配置传感器的上报周期。本文档主要指导您如何在物联网开发平台控制台接入 LoRa 温湿度传感器。
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### 4.1 控制台操作 LoRa 节点
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#### 创建项目和产品
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1. 登录 [物联网开发平台控制台](https://console.cloud.tencent.com/iotexplorer),选择【新建项目】。
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2. 在新建项目页面,填写项目基本信息。
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- 项目名称:输入“LoRa温湿度传感器演示”或其他名称。
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- 项目描述:按照实际需求填写项目描述。
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3. 项目新建成功后,即可新建产品。
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#### 新建产品
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1. 进入该项目的产品列表页面,单击【新建产品】。
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2. 在新建产品页面,填写产品基本信息。
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- 产品名称输入“LoRa温湿度传感器”或其他产品名称。
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- 产品类型选择“温湿度传感器”。
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- 认证方式选择“密钥认证”。
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- 通信方式选择“LoRaWAN”。
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产品新建成功后,您可在产品列表页查看到“LoRa温湿度传感器”。
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#### 创建数据模板
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选择“温湿度传感器”类型后,自定义产品功能。
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#### 配置 LoRaWAN 参数
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在设备开发页面中,按需调整 LoRaWAN 参数配置。本示例中使用默认的 OTAA 配置。
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#### 设备数据解析
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在设备开发页面中,按需调整 设备数据解析。由于 LoRa 类资源有限设备不适合直接传输 JSON 格式数据,使用“设备数据解析”可以将设备原始数据转化为产品JSON数据。
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**设备数据协议**
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在本示例中,设备上行数据共4字节: 第1字节为温度,第2字节为相对湿度,第3、4字节表示上报周期(单位秒);设备下行数据为2字节:上报周期(单位秒)。
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**数据解析脚本**
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在上行数据解析部分,javascript示例代码如下:
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```javascript
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function RawToProtocol(fPort, bytes) {
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var data = {
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"method": "report",
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"clientToken" : new Date(),
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"params" : {}
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};
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data.params.temperature = bytes[0];
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data.params.humidity = bytes[1];
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data.params.period = bytes[2] | (bytes[3] << 8);
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return data;
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}
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```
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在下行数据解析部分,javascript示例代码如下:
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```javascript
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function ProtocolToRaw(obj) {
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var data = new Array();
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data[0] = 5;// fport=5
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data[1] = 0;// unconfirmed mode
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data[2] = obj.params.period & 0x00FF;
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data[3] = (obj.params.period >> 8) & 0x00FF;
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return data;
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}
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```
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**脚本模拟测试**
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这里也可以使用数据解析页面下方的模拟调试工具,如果开发更多的功能,这个模拟脚本将会提供很大帮助。
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1. 上行消息
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设备原始数据为 0x113DB80B,我们将其转化为数组,即上行模拟数据为:[17,69,30,0],填入设备上行数据的编辑框中。
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点击运行,即可在模拟调试界面右侧看到结果。
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2. 下行消息
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模拟测试数据如下,将其填入设备下行数据的编辑框中:
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```json
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{
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"params": {
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"period": 15
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}
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}
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```
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#### 创建测试设备
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在设备调试页面中,单击【新建设备】,设备名为 dev001。
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DevEUI 等信息可从LoRa节点开发板背面贴纸上获取。
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### 4.2 控制台操作 LoRa 网关
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1. 登录 [物联网开发平台控制台](https://console.cloud.tencent.com/iotexplorer),选择上面章节 “控制台操作 LoRa 节点” 中对应的项目。
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2. 在左侧工具列表中选择“服务中心”中的“LoRa网关管理”,并在“LoRa网关管理”页面中选择“新建网关”。
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3. 在新建网关页面,填写网关基本信息。
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- 网关名称,本示例中填写 GW1。
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- GwEUI,为网关唯一ID。本例中根据 ST NUCLEO LoRa GW 背部的 MAC 地址,将6字节mac地址的中间补足0xffff。
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- 是否公开。选择“是”,表示社区开发者可在社区网络中看到该网关,并可通过这个网关进行LoRa节点接入。我们鼓励开发者们公开自己的网关,尽可能帮助到其他开发者。选择“否”,则只有用户自己才能看到该网关。
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4. 网关新建成功后,您可在网关列表页查看到“GW1”。
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### 4.3 LoRa网关实物操作
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#### 硬件连接
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整个系统搭建需要由LRWAN_GS_LF1网关(网关模组和 STM32F746 Nucleo核心板)、5V适配器和电脑组成。
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先使用5V适配器通过USB线连接到 LRWAN_GS_LF1 网关的网关模组上的 Micro USB 接口,给整个网关供电。
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Nucleo 核心板上的 Micro USB 口(非以太网口那边的 Micro USB 口)通过USB线连接到PC端,可以实现虚拟串口的功能。
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网关开发板通过网线连接到上一级路由器的LAN口,从而可以实现DHCP的方式连接以太网。
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#### 串口准备
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上一步硬件连接好之后,打开PC上的设备管理器,可以看到网关所对应的串口(请保证安装了 stlink 驱动)。
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打开串口工具,做好相应配置后,打开串口。
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- 端口号。本例中为 COM5。
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- 波特率。本例中为 115200。
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当您第一次使用该网关时,串口会打印以下默认配置信息:
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```
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_/_/_/ _/_/_/ _/_/_/ _/_/_/ _/ _/ _/_/_/ _/ _/ _/_/_/
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_/ _/ _/ _/ _/ _/_/ _/ _/ _/ _/ _/
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_/_/_/ _/ _/_/ _/ _/ _/ _/ _/ _/_/ _/_/_/_/ _/_/_/
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_/ _/ _/ _/ _/ _/ _/_/ _/ _/ _/ _/ _/
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_/ _/ _/_/_/ _/_/_/ _/_/_/ _/ _/ _/_/_/ _/ _/ _/
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||||
Powered by RisingHF & STMicroelectronics
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-------------------------------------------------------------------------------
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||||
VERSION: 2.1.7, Nov 6 2018
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LOG: OFF
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AT ECHO: ON
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||||
BAUDRATE: 115200bps
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||||
MACADDR: 00:80:E1:01:55:42
|
||||
ETHERNET: DHCP
|
||||
DNS1: 114.114.114.114
|
||||
DNS2: 8.8.8.8
|
||||
NTP SERVER: 1.ubuntu.pool.ntp.org
|
||||
EUI PADDING: {3, FF}, {4, FF}
|
||||
GATEWAY ID: 0080E1FFFF015542
|
||||
LORAWAN: Public
|
||||
LORAWAN SERVER: cn1.loriot.io
|
||||
UPLINK UDP PORT: 1780
|
||||
DOWNLINK UDP PORT: 1780
|
||||
CHANNEL0: 471500000, A, SF7/SF12, BW125KHz (LORA_MULTI_SF)
|
||||
CHANNEL1: 471700000, A, SF7/SF12, BW125KHz (LORA_MULTI_SF)
|
||||
CHANNEL2: 471900000, A, SF7/SF12, BW125KHz (LORA_MULTI_SF)
|
||||
CHANNEL3: 472100000, A, SF7/SF12, BW125KHz (LORA_MULTI_SF)
|
||||
CHANNEL4: 472300000, B, SF7/SF12, BW125KHz (LORA_MULTI_SF)
|
||||
CHANNEL5: 472500000, B, SF7/SF12, BW125KHz (LORA_MULTI_SF)
|
||||
CHANNEL6: 472700000, B, SF7/SF12, BW125KHz (LORA_MULTI_SF)
|
||||
CHANNEL7: 472900000, B, SF7/SF12, BW125KHz (LORA_MULTI_SF)
|
||||
CHANNEL8: OFF (LORA_STANDARD)
|
||||
CHANNEL9: OFF (FSK)
|
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-------------------------------------------------------------------------------
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Concentrator starting...
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Concentrator Radio A type SX1255
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Concentrator Radio B type SX1255
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Concentrator started (2926ms)
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ST LoRa GW V2
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Ethernet starting...
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Ethernet started
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DHCP IP: 192.168.3.249
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Downlink UDP Connected
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Uplink UDP Connected
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```
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#### 配置修改
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请按照如下步骤完成相关配置:
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1) 按照上图完成硬件连接和系统搭建。
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2) 配置服务器地址。本示例中设置的是腾讯云物联网开发平台的LoRa服务器地址(接入域名:loragw.things.qcloud.com,接入端口:1700)。
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```
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||||
AT+PKTFWD=loragw.things.qcloud.com,1700,1700
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```
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3) 配置频率计划。
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这里我们调整频点信息到 486.3 ~ 487.7 MHz,指令修改如下,需要逐条来发送:
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```
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||||
AT+CH=0,486.3,A
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||||
AT+CH=1,486.5,A
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||||
AT+CH=2,486.7,A
|
||||
AT+CH=3,486.9,A
|
||||
AT+CH=4,487.1,B
|
||||
AT+CH=5,487.3,B
|
||||
AT+CH=6,487.5,B
|
||||
AT+CH=7,487.7,B
|
||||
AT+CH=8,OFF
|
||||
AT+CH=9,OFF
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||||
```
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4) 其他指令。
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a. 通过“AT+log=on”打开网关日志。
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b. 通过“AT+EUI”查询网关的ID。
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#### 运行
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通过 AT+Reset 即可复位网关,开始服务器连接。
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从串口日志查看:
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```
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LORAWAN SERVER: loragw.things.qcloud.com
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```
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表明服务器地址修改成功。
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```
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Ethernet started
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DHCP IP: 192.168.3.249
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Downlink UDP Connected
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Uplink UDP Connected
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```
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表明网关DHCP入网成功,网络连接正常。
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### 4.4 LoRa节点实物操作
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LoRa节点采用 ST NUCLEO LoRa Sensor 开发板。
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#### 编译及下载
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Step 1. 打开 TencentOS tiny提供的 LoRaWAN例程
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TencentOS tiny官方开源仓下载源码,地址为:https://github.com/Tencent/TencentOS-tiny
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进入 <TencentOS-tiny\board\NUCLEO_STM32L073RZ\KEIL\lorawan> 目录,打开TencentOS_tiny.uvprojx工程:
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Step 2. 示例工程代码简介
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示例工程包含STM32L073 外设驱动、TencentOS tiny内核、AT框架、RHF76 LoRaWAN模组驱动、LoRaWAN 示例案例,如下图所示:
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TencentOS tiny提供的LoRaWAN API函数在lora_module_wrapper.h 头文件中声明,用户调用rhf76_lora_init(HAL_UART_PORT_1);函数进行模组初始化,然后调用tos_lora_module_join入网,入网成功后即可使用tos_lora_module_send 函数向LoRaWAN网关和服务器发送数据了。
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如果用户需要处理服务器下发的数据,调用tos_lora_module_recv_register(void* mcps_indication)函数注册一个回调,用于处理下行数据即可。
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Step 3. 代码修改
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首先修改 \examples\LoRaWAN\lora_demo.c
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```c
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tos_lora_module_join_otaa("8cf957200000f806", "8cf957200000f8061b39aaaaad204a72");
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```
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这里填入节点相应的 DevEUI 和 AppKEY,可从LoRa节点开发板背面贴纸上获取。
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接着修改 \devices\rhf76_lora\RHF76.h
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```c
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#define RHF76_ATCMD_SET_CHANNEL "at+ch=num,0-7\r\n"
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```
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由于本示例中计划使用 80~87 信道,因此调整为:
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```c
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#define RHF76_ATCMD_SET_CHANNEL "at+ch=num,80-87\r\n"
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```
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Step 4. 编译
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点击 MDK 工具栏上的 “Rebuild All”,编译整个工程。
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Step 5. 下载
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点击 MDK 工具栏上的 “Download”,下载编译好的固件。
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#### 查看运行结果
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节点下载好固件之后,会自动重启运行,从串口可以看到设备的运行日志。
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当看到串口打印如下日志,即说明 LoRa 节点已经通过网关成功入网。
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```
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--->+JOIN: Network joined
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--->+JOIN: NetID 000000 DevAddr 01:4E:F6:1D
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```
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### 4.5 查看设备状态
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1. 保持 LoRa 节点和 LoRa 网关 为运行状态。
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2. 进入【控制台】>【产品开发】>【设备调试】,可查看到设备 "dev001" 。
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3. 单击【调试】,可进入设备详情页。
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4. 单击【设备属性】,可查询设备上报到开发平台的最新数据及历史数据。
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- 设备属性的最新值:会显示设备上报的最新数据
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- 设备属性的更新时间:显示数据的更新时间
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5. 单击【查看】,可查看某个属性的历史上报数据。
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### 4.6 查看设备通信日志
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1. 单击【设备日志】,可查询该设备某段时间范围的所有上下行数据。
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上行:上行指设备端上报到开发平台的数据。
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下行:下行指从开发平台下发到设备的数据。
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### 4.7 在线调试
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1. 当 LoRa 节点 成功连接到物联网开发平台后,您可在控制台【设备调试】列表,单击【调试】,进入在线调试。
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2. 将“上报周期”设置为15秒,单击【发送】。
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3. 查看 LoRa 节点的串口日志,可查看到成功接收到下发的数据。
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由于本示例中 LoRa 节点 是 LoRaWAN Class A 类设备,这类设备不会立即下发数据,需要在有数据上行后,服务器才会向该设备下行数据。
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因此在 LoRa 节点上报数据之后,才能看到下发的周期调整命令。
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4. LoRa 节点的串口会显示如下日志,表示成功下发了指令到设备端。
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```
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rhf76_incoming_data_process 4: 0F00
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len: 2
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data[0]: 15
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data[1]: 0
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||||
report_period: 15
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```
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BIN
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