基于LoRa的無線轉(zhuǎn)RS-485通信設(shè)計

丁藝妍

【摘 要】本文以介紹物聯(lián)網(wǎng)無線應(yīng)用技術(shù)開頭，設(shè)計了基于LoRa的無線轉(zhuǎn)RS-485通信產(chǎn)品。在具體的設(shè)計中，以系統(tǒng)框圖為始，讓讀者簡單明確的明白整個系統(tǒng)框架。然后結(jié)合系統(tǒng)框圖，設(shè)計了四個主要電路模塊，分別為電源模塊、基于ZM470SX-M的LoRa無線通信模塊、基于SN75HVD3082E的RS-485有線通信模塊以及基于STM32的MCU控制模塊。

【關(guān)鍵詞】LoRa;RS-485;SN75HVD3082E;ZM470SX-M

中圖分類號： TP274;U266文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）05-0044-002

0 前言

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的無線技術(shù)有多種，可組成局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。組成局域網(wǎng)的無線技術(shù)主要有2.4GHz的WiFi，藍(lán)牙、Zigbee等，組成廣域網(wǎng)的無線技術(shù)主要有2G/3G/4G等。這些無線技術(shù)，優(yōu)缺點非常明顯。在低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network，LPWAN）產(chǎn)生之前，似乎遠(yuǎn)距離和低功耗兩者之間只能二選一。當(dāng)采用LPWAN技術(shù)之后，設(shè)計人員可做到兩者都兼顧，最大程度地實現(xiàn)更長距離通信與更低功耗，同時還可節(jié)省額外的中繼器成本。

LoRa是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡單的能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。目前，LoRa主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915MHz等。

LoRa技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、低功耗（電池壽命長）、多節(jié)點、低成本的特性。

1 整體方案設(shè)計

本文是設(shè)計一種基于LoRa的無線轉(zhuǎn)RS-485通信模塊。該無線轉(zhuǎn)RS485通信模塊配置簡單、使用方便，可以快速應(yīng)用電力采集、工業(yè)控制、智能家居等相關(guān)場合。

1.1 設(shè)計產(chǎn)品特點

◆可實現(xiàn)多種距離傳輸，短距離、中距離以及長距離;

◆無需要某種協(xié)議，透明傳輸;

◆無線轉(zhuǎn)RS-485通信;

◆可多節(jié)點組網(wǎng)設(shè)計;

1.2 系統(tǒng)框圖

全文需要設(shè)計基于LoRa的無線轉(zhuǎn)RS-485通信。顧名思義必須具備的模塊為：RS-485模塊、LoRa模塊、電源模塊以及控制核心單元。所以可得到系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。

圖1-1 系統(tǒng)框圖

2 硬件電路設(shè)計

電源模塊比較成熟，常用的便是AMS1117穩(wěn)壓芯片，結(jié)合成本、工作環(huán)境等按需選擇既可。本文重點是對LoRa模塊、RS-485模塊以及MCU模塊進(jìn)行設(shè)計。

2.1 無線通信LoRa模塊

無線通信LoRa模塊，本文選擇的是致遠(yuǎn)電子的ZM470SX-M模塊，該模塊具有成熟、工作穩(wěn)定、低價、低功耗、外圍器件少等特點。該模塊的休眠電流為0.5UA，待機(jī)電流為1.8mA，接受電流為13.7mA，最小功率發(fā)射僅為34.8mA。關(guān)于LoRa無線通信模塊硬件電路圖見圖2-1中的LoRa通信模塊。

2.2 RS-485通信模塊

RS-48通信模塊我們選擇的是TI的低功耗半雙工的SN75HVD3082E通信芯片。SN75HVD3082E芯片是一款為RS-485數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的半雙工的收發(fā)器。它由+5V供電，與TIA/EIA-485A標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。通過控制輸出轉(zhuǎn)換時序，它能夠在長距離雙絞線電纜上傳輸高達(dá)200kbps速率的信號。它的供電電流極低，一般小于0.6mA，當(dāng)處于不活動的關(guān)閉模式時，供電電流只有幾個nA，所以特別適合于低功耗方面的應(yīng)用。它具有寬的共模抑制范圍和高靜電放電保護(hù)能力，因此，適用于噪聲容限要求很高的場合。電路具體見圖2-1中485通信模塊。

2.3 MCU控制模塊

實現(xiàn)LoRa無線通信與RS-485有線通信相互轉(zhuǎn)換的便是MCU控制模塊，此處我們選擇STM32單片機(jī)，該IC性能穩(wěn)定，集成性較高，使用普遍，外圍器件簡答，具體見圖2-1中的MCU控制模塊所示。

3 結(jié)論

全文以介紹物聯(lián)網(wǎng)無線應(yīng)用技術(shù)開頭。設(shè)計了基于LoRa的無線轉(zhuǎn)RS-485通信產(chǎn)品。在具體的硬件設(shè)計中，可以概括為四個主要電路模塊，分別為電源模塊、基于ZM470SX-M的LoRa無線通信模塊、基于SN75HVD3082E的RS-485有線通信模塊以及基于STM32的MCU控制模塊。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊磊，梁活泉，張正，司鵬搏，張延華.基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域系統(tǒng)設(shè)計[J].信息通信技術(shù)，2017，11（01）：40-46.

[2]趙靜，蘇光添.LoRa無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析[J].移動通信，2016，40（21）：50-57.

[3]趙太飛，陳倫斌，袁麓，胡小喬.基于LoRa的智能抄表系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機(jī)測量與控制，2016，24（09）：298-301.

[4]龔天平.LORA技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低功耗無線數(shù)據(jù)傳輸[J].電子世界，2016（10）：115+117.

[5]畢博，王春平，孫書鷹.應(yīng)用RS-485的PC與單片機(jī)通信研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2008（01）：236-238.

[6]吳秋明，和衛(wèi)星，陳曉平，黃孟波，吉奕.基于RS-485總線的PC與多單片機(jī)間的串行通信[J].微計算機(jī)信息，2006（23）：143-145.

[7]趙錫鈞.基于RS-485接口的單片機(jī)串行通信[J].兵工自動化，2000（04）：56-58.