超低功耗LoRa无线通信应用实践

目录

1、模块简介

2、模块应用

2.1、工作模式

2.2、模块配置

1、模块简介

本博客选用LoRa Radio Module-868MHZ作为无线通信模组，其是一款体积小、微功率、低功耗、高性能、远距离的无线数据传输模块。具备内部自动扩频计算和前导 CRC 纠错处理能力。使用时，不改变用户的任何数据和协议，采用半双工通讯，实现串口无线数据收发传输的功能。

模块的射频芯片基于扩频跳频技术，配置低功耗高速处理器，支持普通透明传输方式，不改变用户数据和协议，所发即所收；也可以 建立一对多星型网络通讯，中心模块通过地址呼叫节点模块，节点模块通过透传方式作出应答，节点之间不会相互干扰，非常适合无线水表、气表、传感等低功耗应用场合。

模块间的通信距离3到5千米，通信范围广，若再加入中继模块提供中继路由，可有效扩大通讯范围，在距离上足可覆盖许多应用网络。用户还可以通过上位机软件或用 AT 命令根据实际需求灵活配置模块的网络ID、工作频率、串口速率、扩频因子、扩频带宽等参数，操作简单，使用方便。

模块技术参数如下所示：

2、模块应用

2.1、工作模式

LoRa模块有三种刚工作模式：标准模式（透明模式）（Standard）、中心模式（Central）和节点模式（Node），此外，中心模式和节点模式通讯时，可以采用“快速通道” 模式。

一、标准模式

模块处于高速无线监听状态，无论是空中数据还是串口数据都及时处理，并且 AUX 脚提前 2 ms 给出低电平来唤醒用户设备。

标准模式时序图如下所示：

二、中心模式

模块配置是按休眠模式配置，但工作是全速工作，耗电和全速模式一样， 并且两个模块都设置为中模式是不可以通信，它要配合节点模块使用来组成低功耗星型网络。

三、节点模式

模块大部分功能都关闭，数据传输都得到优化，如果模块在节点模式下需要发送数据给中心模块，就需要借助 EN 脚来唤醒模块。如客户端需要发送数据的时候，客户端就需要把 EN 脚拉低再发送数据，模块被换醒后可以通过串口接收客户端发过来的数据。所以在节点模式下休眠，模块不会监听串口数据（需要 EN 脚唤醒）只保留 CAD 无线监听。

节点模式时序图如下所示：

当模块设置为标准模式或中心模式时，如果 EN 脚置高电平，那么模块的 MCU和 RFIC 都是深度休眠，待机电流只有 3.9uA。此时模块不可以接收串口数据和无线数据。只有当 EN 脚被拉低的时候，模块才可以被唤醒，恢复到原来的状态。

当模块设置为节点模式时，如果 EN 脚置高电平，则模块处于休眠和 CAD 检测交替切换状态。模块可以接收空中数据，但不可以接收串口数据，只有模块 EN 脚被拉低时，才可以接收串口数据。

四、快速通道

中心模块和节点模块之间通讯时，可以采用快速通道模式，具体做法是，中心模块 EN 脚和 SET 脚拉低，节点模块 EN 脚和 SET 脚拉低，此后，中心模块给节点模块发送数据时，可以省去前导码配对时间，也就是取消了节点模块的休眠时间。从而减少了大规模数据采集所需要的时间，同时，也减少了部分功耗。这种模式适用于短时间内单个节点传输大量数据，或者多个节点轮询少量数据的情况

模块在三种不同的工作模式下，无线接收、串口接收、处理器状态等处理方式是不同的，因此具有不同的功耗表现。

2.2、模块配置

在使用模块通信之前需要使用软件配置相应的模式，若想实现通信效果前提是模块之间载波频率、扩频因子、扩频带宽、网络 ID 都要相同。

官方最新配置软件如下所示，图中所显示的参数值，即为模块出厂的默认参数，用户需要根据实际的应用需求修改相关参数。更多详情可参见模块官网说明文档。

简要说明如下所示：

注意：

1、 标准模式和标准模式搭配可以相互通讯，中心模式和节点模式搭配可以相互通讯，其他模式搭配都不可以相互通讯。而快速通道模式，只在中心模式和节点模式搭配时才有效。

2、 如果要配置模块的参数，不管在哪个模式下，EN 脚必须接地，才可以输入命令进行配置参数。 EN 脚被拉低 50MS 后客户端才可以从串口发送数据给模块。

配置完成后即可使用串口调测助手进行通信，当然就可以直接用单片机的MCU串口收发数据实现无线通信，使用非常便捷。