本實(shí)用新型屬于一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，具體涉及一種基于LoRa技術(shù)的USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器。

背景技術(shù)：

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要物理基礎(chǔ)。其目的是通過(guò)無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)量眾多的感知終端信息的采集，從而達(dá)到對(duì)物的感知和控制的功能。目前WSN常用的無(wú)線通信技術(shù)包括Zigbee技術(shù)、BLE技術(shù)、3G/4G技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)。其中Zigbee技術(shù)和BLE技術(shù)主要應(yīng)用于短距離的無(wú)線傳輸場(chǎng)景，對(duì)于遠(yuǎn)距離的無(wú)線傳輸需求，需要搭建大量中繼，大大提高了通信的成本。3G/4G技術(shù)能提供遠(yuǎn)距離通信，但終端設(shè)備功耗大，不符合物聯(lián)網(wǎng)終端低功耗的要求。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)終端設(shè)備功耗大，信號(hào)易受墻體等建筑物影響。

中國(guó)專利CN204044814U公開(kāi)了一種基于ZigBee技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器，USB總線保護(hù)器件通過(guò)USB總線與電腦USB接口相連，USB總線保護(hù)器件與MCU模塊相連，USB總線保護(hù)器件起到保護(hù)USB總線和MCU模塊的作用，USB總線保護(hù)器件還連接有通信指示燈和電源指示燈，MCU模塊通過(guò)串口線與ZigBee通信模塊連接實(shí)現(xiàn)無(wú)線模塊數(shù)據(jù)與MCU模塊數(shù)據(jù)通信，蜂鳴器與ZigBee通信模塊連接。該專利可以實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線數(shù)據(jù)與電腦數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)換，在ZigBee無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用，且技術(shù)實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，降低了設(shè)計(jì)制作成本。

LoRa(Long Range，遠(yuǎn)程)調(diào)制技術(shù)是Semtech公司研發(fā)的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的調(diào)制方式。利用該調(diào)制方式可以實(shí)現(xiàn)低速率數(shù)據(jù)的低功耗遠(yuǎn)距離傳輸，可用于不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)終端信息的遠(yuǎn)距離傳輸和對(duì)終端設(shè)備的遠(yuǎn)距離控制。

USB作為一種通用串行總線標(biāo)準(zhǔn)，支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能，被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域、移動(dòng)通信領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域，用于規(guī)范計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信設(shè)備、儀表儀器等與外設(shè)的連接和通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

LoRa技術(shù)與USB技術(shù)結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線終端的信息采集和控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)與數(shù)字信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)換，符合技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向，具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器，用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等上位機(jī)系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線終端的遠(yuǎn)距離雙向通信，如無(wú)線數(shù)據(jù)上傳，上位機(jī)控制命令下達(dá)等；亦可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)儀器儀表等數(shù)據(jù)的采集上傳。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其包括USB模塊、USB總線、USB總線保護(hù)器、MCU、LoRa射頻模塊、電源模塊和發(fā)射接收天線，所述的USB模塊通過(guò)USB總線與上位機(jī)或采集設(shè)備的USB接口相連，USB總線與USB總線保護(hù)器連接，所述的USB模塊還與MCU通過(guò)8位數(shù)據(jù)線及控制線相連；所述的MCU通過(guò)SPI串口與LoRa射頻模塊連接，電源模塊給射頻模塊和MCU供電，LoRa射頻模塊與發(fā)射接收天線連接。

優(yōu)選地，所述的USB模塊還連接通信指示燈。通信指示燈用以指示是否有數(shù)據(jù)傳輸。

優(yōu)選地，所述的電源模塊通過(guò)USB接口連接5V電源。

優(yōu)選地，所述的MCU采用芯片STM8Lx。所述的MCU模塊采用型號(hào)為STM8Lx的超低功耗單片機(jī)，通過(guò)SPI接口接收LoRa射頻模塊的數(shù)據(jù)并通過(guò)USB總線發(fā)送給USB設(shè)備。或?qū)腢SB總線發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)SPI接口發(fā)送給LoRa射頻模塊。

優(yōu)選地，所述的LoRa射頻模塊采用芯片SX12x。所述的LoRa射頻模塊采用Semtech公司SX12x芯片，具有低功耗，靈敏度高的特點(diǎn)。同時(shí)通過(guò)SPI接口與MCU相連，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電磁波，或?qū)㈦姶挪ㄞD(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型可通過(guò)USB接口對(duì)LoRa射頻模塊進(jìn)行配置，包括信道，發(fā)射功率，調(diào)制方式等。

優(yōu)選地，所述的USB模塊采用芯片CH372B。所述的USB模塊采用型號(hào)為CH372B的USB總線通用設(shè)備芯片，CH372B具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫(xiě)、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上，并支持低功耗模式。

本實(shí)用新型中，USB總線保護(hù)器起到保護(hù)USB總線及MCU的作用，USB模塊起到接口轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的作用。優(yōu)選地，所述的USB總線保護(hù)器采用型號(hào)為PJSR05的低電容二極管陣列，用于消除靜電放電影響及提供總線上器件的過(guò)壓保護(hù)。

優(yōu)選地，所述的電源模塊采用型號(hào)為RT9013的CMOS線性穩(wěn)壓器。

所述發(fā)射接收天線與所述LoRa射頻模塊相連，用于將電磁波發(fā)送給其它LoRa設(shè)備，或接收來(lái)自于其它LoRa設(shè)備的電磁波信號(hào)。

本實(shí)用新型采用LoRa調(diào)制技術(shù)，具有功耗低、傳輸距離遠(yuǎn)、通信可靠的優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)、儀表儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等的雙向數(shù)據(jù)交換，在遠(yuǎn)距離物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，且技術(shù)實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本低。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器的電路原理框圖。

圖2是本實(shí)用新型一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作詳細(xì)闡述，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。

如附圖1所示，本實(shí)用新型的一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器，包括USB總線保護(hù)器、USB總線、USB模塊、通信指示燈、電源模塊、MCU模塊、LoRa射頻模塊、發(fā)射接收天線。所述的USB模塊通過(guò)USB總線與上位機(jī)或采集設(shè)備的USB接口相連，USB總線與USB總線保護(hù)器連接，所述的USB模塊還與MCU通過(guò)8位數(shù)據(jù)線及控制線相連；所述的MCU通過(guò)SPI串口與LoRa射頻模塊連接，電源模塊給射頻模塊和MCU供電，LoRa射頻模塊與發(fā)射接收天線連接。所述的USB模塊還連接通信指示燈。所述的電源模塊通過(guò)USB接口連接5V電源。

USB總線保護(hù)器采用低電壓低電容的瞬態(tài)保護(hù)器件PJSR05，保護(hù)USB總線及MCU免受靜電放電及過(guò)壓影響。

USB模塊采用型號(hào)為CH372B的USB總線通用設(shè)備芯片，用以實(shí)現(xiàn)外部USB數(shù)據(jù)與MCU數(shù)據(jù)的交換。

電源模塊采用型號(hào)為RT9013的CMOS線性穩(wěn)壓器，將USB端口輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，并提供給MCU及LoRa射頻模塊。RT9013具有低漏失、低噪音、快速的特點(diǎn)。

MCU模塊采用STM8Lx的超低功耗單片機(jī)，具有SPI接口。通過(guò)編程，MCU單片機(jī)通過(guò)USB總線模塊與外接USB設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并通過(guò)SPI接口與LoRa射頻模塊通信，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)與USB設(shè)備數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)交換。

LoRa射頻模塊采用Semtech公司的SX12x射頻芯片。發(fā)射接收天線與所述射頻芯片連接，用于將電磁波發(fā)送給其它LoRa終端設(shè)備的無(wú)線通信模塊。

所述通信過(guò)程中，當(dāng)USB總線上有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通信指示燈閃爍。當(dāng)設(shè)備接入總線時(shí)，該通信指示燈常亮。

如附圖2所示，本實(shí)用新型的一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器，其工作時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程分為發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)兩個(gè)方向：

USB轉(zhuǎn)發(fā)器向遠(yuǎn)端LoRa設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)：本地USB外部設(shè)備通過(guò)USB總線將數(shù)據(jù)傳遞給USB轉(zhuǎn)發(fā)器。USB轉(zhuǎn)發(fā)器通過(guò)LoRa射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)端LoRa設(shè)備。

USB轉(zhuǎn)發(fā)器接收來(lái)自遠(yuǎn)端LoRa設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)：遠(yuǎn)端系統(tǒng)將數(shù)據(jù)報(bào)文通過(guò)其內(nèi)嵌的LoRa射頻模塊發(fā)送給USB轉(zhuǎn)發(fā)器。USB轉(zhuǎn)發(fā)器將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)USB總線轉(zhuǎn)發(fā)給本地USB外部設(shè)備。

上述的遠(yuǎn)端LoRa設(shè)備既可以是內(nèi)嵌LoRa射頻模塊的上位機(jī)系統(tǒng)，也可以是由基于LoRa調(diào)制方式的USB轉(zhuǎn)發(fā)器和支持USB輸入的終端系統(tǒng)如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。