超低功耗LoRa無線通信應(yīng)用實踐

目錄

1、模塊簡介

2、模塊應(yīng)用

2.1、工作模式

2.2、模塊配置

1、模塊簡介

本博客選用LoRa Radio Module-868MHZ作為無線通信模組，其是一款體積小、微功率、低功耗、高性能、遠距離的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。具備內(nèi)部自動擴頻計算和前導(dǎo) CRC 糾錯處理能力。使用時，不改變用戶的任何數(shù)據(jù)和協(xié)議，采用半雙工通訊，實現(xiàn)串口無線數(shù)據(jù)收發(fā)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

模塊的射頻芯片基于擴頻跳頻技術(shù)，配置低功耗高速處理器，支持普通透明傳輸方式，不改變用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議，所發(fā)即所收；也可以 建立一對多星型網(wǎng)絡(luò)通訊，中心模塊通過地址呼叫節(jié)點模塊，節(jié)點模塊通過透傳方式作出應(yīng)答，節(jié)點之間不會相互干擾，非常適合無線水表、氣表、傳感等低功耗應(yīng)用場合。

模塊間的通信距離3到5千米，通信范圍廣，若再加入中繼模塊提供中繼路由，可有效擴大通訊范圍，在距離上足可覆蓋許多應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。用戶還可以通過上位機軟件或用 AT 命令根據(jù)實際需求靈活配置模塊的網(wǎng)絡(luò)ID、工作頻率、串口速率、擴頻因子、擴頻帶寬等參數(shù)，操作簡單，使用方便。

模塊技術(shù)參數(shù)如下所示：

2、模塊應(yīng)用

2.1、工作模式

LoRa模塊有三種剛工作模式：標準模式（透明模式）（Standard）、中心模式（Central）和節(jié)點模式（Node），此外，中心模式和節(jié)點模式通訊時，可以采用“快速通道” 模式。

一、標準模式

模塊處于高速無線監(jiān)聽狀態(tài)，無論是空中數(shù)據(jù)還是串口數(shù)據(jù)都及時處理，并且 AUX 腳提前 2 ms 給出低電平來喚醒用戶設(shè)備。

標準模式時序圖如下所示：

二、中心模式

模塊配置是按休眠模式配置，但工作是全速工作，耗電和全速模式一樣， 并且兩個模塊都設(shè)置為中模式是不可以通信，它要配合節(jié)點模塊使用來組成低功耗星型網(wǎng)絡(luò)。

三、節(jié)點模式

模塊大部分功能都關(guān)閉，數(shù)據(jù)傳輸都得到優(yōu)化，如果模塊在節(jié)點模式下需要發(fā)送數(shù)據(jù)給中心模塊，就需要借助 EN 腳來喚醒模塊。如客戶端需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，客戶端就需要把 EN 腳拉低再發(fā)送數(shù)據(jù)，模塊被換醒后可以通過串口接收客戶端發(fā)過來的數(shù)據(jù)。所以在節(jié)點模式下休眠，模塊不會監(jiān)聽串口數(shù)據(jù)（需要 EN 腳喚醒）只保留 CAD 無線監(jiān)聽。

節(jié)點模式時序圖如下所示：

當(dāng)模塊設(shè)置為標準模式或中心模式時，如果 EN 腳置高電平，那么模塊的 MCU和 RFIC 都是深度休眠，待機電流只有 3.9uA。此時模塊不可以接收串口數(shù)據(jù)和無線數(shù)據(jù)。只有當(dāng) EN 腳被拉低的時候，模塊才可以被喚醒，恢復(fù)到原來的狀態(tài)。

當(dāng)模塊設(shè)置為節(jié)點模式時，如果 EN 腳置高電平，則模塊處于休眠和 CAD 檢測交替切換狀態(tài)。模塊可以接收空中數(shù)據(jù)，但不可以接收串口數(shù)據(jù)，只有模塊 EN 腳被拉低時，才可以接收串口數(shù)據(jù)。

四、快速通道

中心模塊和節(jié)點模塊之間通訊時，可以采用快速通道模式，具體做法是，中心模塊 EN 腳和 SET 腳拉低，節(jié)點模塊 EN 腳和 SET 腳拉低，此后，中心模塊給節(jié)點模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以省去前導(dǎo)碼配對時間，也就是取消了節(jié)點模塊的休眠時間。從而減少了大規(guī)模數(shù)據(jù)采集所需要的時間，同時，也減少了部分功耗。這種模式適用于短時間內(nèi)單個節(jié)點傳輸大量數(shù)據(jù)，或者多個節(jié)點輪詢少量數(shù)據(jù)的情況

模塊在三種不同的工作模式下，無線接收、串口接收、處理器狀態(tài)等處理方式是不同的，因此具有不同的功耗表現(xiàn)。

2.2、模塊配置

在使用模塊通信之前需要使用軟件配置相應(yīng)的模式，若想實現(xiàn)通信效果前提是模塊之間載波頻率、擴頻因子、擴頻帶寬、網(wǎng)絡(luò) ID 都要相同。

官方最新配置軟件如下所示，圖中所顯示的參數(shù)值，即為模塊出廠的默認參數(shù)，用戶需要根據(jù)實際的應(yīng)用需求修改相關(guān)參數(shù)。更多詳情可參見模塊官網(wǎng)說明文檔。

簡要說明如下所示：

打開串口

設(shè)置節(jié)點 ID

選擇串口

設(shè)置網(wǎng)絡(luò) ID

選擇軟件波特率

設(shè)置發(fā)射功率

選擇軟件校驗

設(shè)置串口波特率

設(shè)置頻率

設(shè)置串口校驗

設(shè)置工作模式

寫參數(shù)按鈕

設(shè)置擴頻因子

讀參數(shù)按鈕

設(shè)置擴頻帶寬

狀態(tài)顯示欄

注意：

1、 標準模式和標準模式搭配可以相互通訊，中心模式和節(jié)點模式搭配可以相互通訊，其他模式搭配都不可以相互通訊。而快速通道模式，只在中心模式和節(jié)點模式搭配時才有效。

2、 如果要配置模塊的參數(shù)，不管在哪個模式下，EN 腳必須接地，才可以輸入命令進行配置參數(shù)。 EN 腳被拉低 50MS 后客戶端才可以從串口發(fā)送數(shù)據(jù)給模塊。

配置完成后即可使用串口調(diào)測助手進行通信，當(dāng)然就可以直接用單片機的MCU串口收發(fā)數(shù)據(jù)實現(xiàn)無線通信，使用非常便捷。

單片機 網(wǎng)絡(luò)

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