本發(fā)明屬于收發(fā)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器。

背景技術(shù)：

目前無(wú)線收發(fā)器硬件平臺(tái)大多采用FSK和GFSK的通信方式及基于跳頻的抗干擾技術(shù)，主要問(wèn)題是其通訊距離較短，僅能實(shí)現(xiàn)1Km左右可視距離的收發(fā)數(shù)據(jù)，若環(huán)境有較強(qiáng)的干擾、收發(fā)的成功率及收發(fā)的距離等指標(biāo)將會(huì)大大降低；而且還存在著使用模塊多，電路復(fù)雜，出錯(cuò)率高，能與之連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，功耗高等問(wèn)題。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，提出了各式各樣的解決方案。例如，中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種用于物聯(lián)網(wǎng)短距離無(wú)線互聯(lián)無(wú)線節(jié)點(diǎn)的超低功耗收發(fā)機(jī)[申請(qǐng)?zhí)枺?01210517565.8]，包括發(fā)射機(jī)電路和接收機(jī)電路，所述發(fā)射機(jī)電路包括：LC壓控振蕩器和預(yù)分頻器用于產(chǎn)生載頻信號(hào)；信號(hào)調(diào)制器將方波基帶信號(hào)調(diào)制到載頻信號(hào)上形成發(fā)射信號(hào)；功率放大器用于放大發(fā)射信號(hào)；所述接收機(jī)電路包括：低噪聲放大器和射頻自動(dòng)增益放大器用于放大收到的信號(hào)；用于將放大的信號(hào)解調(diào)出來(lái)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將解調(diào)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

上述方案雖然在一定程度上解決了現(xiàn)有技術(shù)功耗高的問(wèn)題，但是該方案依然存在著：通訊距離較短，使用模塊多，電路復(fù)雜，出錯(cuò)率高，能與之連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，抗干擾能力差等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通訊距離長(zhǎng)的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：本基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器，本無(wú)線收發(fā)器包括MCU模塊，所述的MCU模塊上連接有UART接口，所述的MCU模塊連接有具有接收信號(hào)處理模式和發(fā)射信號(hào)處理模式兩種模式的信號(hào)收發(fā)處理模塊，所述的信號(hào)收發(fā)處理模塊能夠在接收信號(hào)處理模式中對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行l(wèi)ora解調(diào)或在發(fā)射信號(hào)處理模式中對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行l(wèi)ora調(diào)制，所述的信號(hào)收發(fā)處理模塊與無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置相連，所述的MCU模塊與信號(hào)收發(fā)處理模塊均通過(guò)供電電路與電源輸入端相連。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的信號(hào)收發(fā)處理模塊包括與MCU模塊相連的信號(hào)處理模塊，所述的信號(hào)處理模塊分別與接收信號(hào)處理電路的輸出端和發(fā)射信號(hào)處理電路的輸入端相連，所述的接收信號(hào)處理電路的輸入端和發(fā)射信號(hào)處理電路的輸出端分別與接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)相連，所述的接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)與無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置相連，所述的MCU模塊與接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)相連，且所述的MCU模塊能夠控制接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)從而選擇無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置與接收信號(hào)處理電路相連或者與發(fā)射信號(hào)處理電路相連。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的信號(hào)處理模塊為SX127X芯片，且所述的SX127X芯片能夠?qū)邮招盘?hào)進(jìn)行l(wèi)ora解調(diào)或?qū)Πl(fā)射信號(hào)進(jìn)行l(wèi)ora調(diào)制。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的MCU模塊為MSP430芯片，且所述的MSP430芯片通過(guò)控制SX127X芯片的引腳一和引腳二來(lái)選擇SX127X芯片的發(fā)射模式或者接收模式。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)與無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置之間設(shè)有50歐姆匹配濾波電路。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置為天線，所述的天線與50歐姆天線接口相連，所述的50歐姆天線接口與50歐姆匹配濾波電路相連，所述的50歐姆天線接口連接有天線檢測(cè)電路，所述的天線檢測(cè)電路在檢測(cè)到天線與50歐姆天線接口的連接斷開(kāi)后切斷發(fā)射信號(hào)處理電路與信號(hào)處理模塊的連接。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的接收信號(hào)處理電路為接收匹配電路。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的發(fā)射信號(hào)處理電路包括發(fā)射匹配電路和發(fā)射濾波電路，所述的發(fā)射匹配電路的輸入端與信號(hào)處理模塊相連，且所述的發(fā)射匹配電路的輸出端與發(fā)射濾波電路的輸入端相連，所述的發(fā)射濾波電路的輸出端與接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)相連。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的MCU模塊、信號(hào)處理模塊、接收信號(hào)處理電路、發(fā)射信號(hào)處理電路、接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)和50歐姆匹配濾波電路均設(shè)置在屏蔽罩內(nèi)。

在上述的基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器中，所述的MSP430芯片上的RESET引腳、CON3引腳、STATE引腳和SLEEP引腳分別與外部控制模塊相連；所述的MSP430芯片通過(guò)UART接口與外部控制模塊相連。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)在于：可靠性為工業(yè)級(jí)，中心頻率穩(wěn)定，接收靈敏度高，二次諧波低，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低；應(yīng)用范圍廣，適用于低功耗廣域網(wǎng)的各種應(yīng)用終端節(jié)點(diǎn)；工作電壓寬，在3.0-3.7V的工作電壓下都能正常穩(wěn)定工作；工作頻帶較寬，在433MHz-443MHz、470-510MHz、510-518MHz、859-871MHz、900-930MHz的頻段內(nèi)各項(xiàng)性能指標(biāo)都能可靠保證；最大發(fā)射功率為100mW；鏈路預(yù)算最高可達(dá)168dbm；接收靈敏度最高可達(dá)-148dBm；發(fā)射電流≤120mA，接收電流≤13mA，睡眠電流≤50uA；無(wú)線傳輸最大通信速率能達(dá)到300Kbps；傳輸距離遠(yuǎn)，可靠傳輸大于10Km；支持LORA調(diào)試模式通信以及GFSK、FSK、MSK、GMSK、OOK等調(diào)制模式通信，具有前導(dǎo)碼探測(cè)、自動(dòng)射頻感知、無(wú)線喚醒、CRC校驗(yàn)等通信手段；具有傳統(tǒng)的FSK/GFSK通信模式和擴(kuò)頻模式，且在擴(kuò)頻模式下所具有的通信距離和收發(fā)誤碼率較FSK通信模式的性能提高明顯，特別是低速率的傳輸情形下更是優(yōu)勢(shì)明顯，更適合環(huán)境干擾強(qiáng)、環(huán)境復(fù)雜、對(duì)通信距離要求遠(yuǎn)的終端傳感器類、終端檢測(cè)類、終端控制類產(chǎn)品中；同外部控制模塊數(shù)據(jù)通信采用UART接口，可直接與MCU相連，軟件編程非常方便；全透明傳輸，可在線設(shè)置無(wú)線收發(fā)的多種速率以及不同的地址、信道，可在線設(shè)置串口通信多種速率及多種UART數(shù)據(jù)格式；可實(shí)現(xiàn)無(wú)限數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)收發(fā)；即使在斷電情況下也可保持配置信息，方便下次操作；可通過(guò)I/O口操作，方便快速的實(shí)現(xiàn)模塊狀態(tài)切換；內(nèi)置看門(mén)狗，實(shí)時(shí)監(jiān)控，杜絕無(wú)線模塊死機(jī)。

附圖說(shuō)明

圖1提供了本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，電源輸入端6、50歐姆天線接口7、天線檢測(cè)電路8、天線9、供電電路10、晶振及匹配電路11、發(fā)射匹配電路12、發(fā)射濾波電路13、接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14、50歐姆匹配濾波電路15、接收匹配電路16、SX127X芯片17、MCU模塊21、UART接口22、SLEEP引腳23、STATE引腳24、CON3引腳25、RESET引腳26。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本基于lora調(diào)制模式的UART接口22物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器，本無(wú)線收發(fā)器包括MCU模塊21，MCU模塊21上連接有UART接口22，MCU模塊21連接有具有接收信號(hào)處理模式和發(fā)射信號(hào)處理模式兩種模式的信號(hào)收發(fā)處理模塊，信號(hào)收發(fā)處理模塊能夠在接收信號(hào)處理模式中對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行l(wèi)ora解調(diào)或在發(fā)射信號(hào)處理模式中對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行l(wèi)ora調(diào)制，信號(hào)收發(fā)處理模塊與無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置相連，MCU模塊21與信號(hào)收發(fā)處理模塊均通過(guò)供電電路1與電源輸入端6相連；信號(hào)收發(fā)處理模塊包括與MCU模塊21相連的信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊分別與接收信號(hào)處理電路的輸出端和發(fā)射信號(hào)處理電路的輸入端相連，接收信號(hào)處理電路的輸入端和發(fā)射信號(hào)處理電路的輸出端分別與接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14相連，接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14與無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置相連，MCU模塊21與接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14相連，且MCU模塊21能夠控制接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14從而選擇無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置與接收信號(hào)處理電路相連或者與發(fā)射信號(hào)處理電路相連；接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14通過(guò)外部接收發(fā)射控制引腳進(jìn)行控制，選通接收功能還是發(fā)射功能。供電電路1采用合理的電感、電容去耦合技術(shù)，減小了外部輸入電源的紋波對(duì)各個(gè)模塊性能的影響；電源輸入端6為3.3V直流電源，為整個(gè)系統(tǒng)各部分供電電路1提供電源，電源輸入端6采用合理的電容去耦合技術(shù)，減小了外部輸入電源的紋波對(duì)各個(gè)模塊性能的影響；晶振及匹配電路11與信號(hào)收發(fā)處理模塊等模塊相連，保證了系統(tǒng)中心頻率的穩(wěn)定性和生產(chǎn)中頻率的一致性，從而間接提高了系統(tǒng)的通信性能；MCU模塊21可對(duì)各項(xiàng)配置信息進(jìn)行掉電保存，方便下次使用，可控制整個(gè)系統(tǒng)各種狀態(tài)的切換，可對(duì)經(jīng)由UART接口22傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式處理，以便射頻模塊的處理；外部控制模塊可以通過(guò)UART接口22對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作，既可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)配置，也可以讓系統(tǒng)工作于透?jìng)髂Ｊ剑篣ART接口22接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻發(fā)射出去，或者無(wú)線射頻接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)UART接口22發(fā)送出去。

具體地，信號(hào)處理模塊為SX127X芯片17，且SX127X芯片17能夠?qū)邮招盘?hào)進(jìn)行l(wèi)ora解調(diào)或?qū)Πl(fā)射信號(hào)進(jìn)行l(wèi)ora調(diào)制；MCU模塊21為MSP430芯片，且MSP430芯片通過(guò)控制SX127X芯片17的引腳一和引腳二來(lái)選擇SX127X芯片17的發(fā)射模式或者接收模式。MSP430芯片上的RESET引腳26、CON3引腳25、STATE引腳24和SLEEP引腳23分別與外部控制模塊相連；MSP430芯片通過(guò)UART接口22與外部控制模塊相連；通過(guò)SLEEP引腳23，外部控制模塊通過(guò)簡(jiǎn)單的IO口操作即可實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊休眠控制；通過(guò)STATE引腳24，外部控制模塊通過(guò)簡(jiǎn)單的IO口操作即可實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊狀態(tài)查詢；通過(guò)CON3引腳25，外部控制模塊通過(guò)簡(jiǎn)單的IO口操作即可控制模塊進(jìn)入或退出參數(shù)設(shè)置狀態(tài)；通過(guò)RESET引腳26，外部控制模塊通過(guò)簡(jiǎn)單的IO口操作即可實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊復(fù)位控制；使用者可以通過(guò)外部控制模塊對(duì)本無(wú)線收發(fā)器進(jìn)行接收、發(fā)射、睡眠、速率、功率、通信模式等符合模塊性能的多種操作，從而避免在模塊有效通信范圍之內(nèi)需要通信的兩個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品間由外設(shè)設(shè)備直接連接時(shí)可能產(chǎn)生的線路配置上的問(wèn)題，同時(shí)提高整套產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。

對(duì)于本無(wú)線收發(fā)器的電路部分，接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14與無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置之間設(shè)有50歐姆匹配濾波電路15；50Ω匹配濾波電路提高了接收和發(fā)射時(shí)系統(tǒng)相對(duì)天線9的匹配性，從而有效地增加了發(fā)射功率、天線9對(duì)功率的輻射效率和接收靈敏度；無(wú)線信號(hào)收發(fā)裝置為天線9，天線9與50歐姆天線接口7相連，50歐姆天線接口7與50歐姆匹配濾波電路15相連，50歐姆天線接口7連接有天線檢測(cè)電路8，天線檢測(cè)電路8在檢測(cè)到天線9與50歐姆天線接口7的連接斷開(kāi)后切斷發(fā)射信號(hào)處理電路與信號(hào)處理模塊的連接；50歐姆天線接口7支持彈簧天線9、膠棒天線9、吸盤(pán)天線9、銅棒天線9、鋼化天線9等各種形式。接收信號(hào)處理電路為接收匹配電路16；接收匹配電路16能夠強(qiáng)有力地過(guò)濾諧波，抑制衰減，接收端靈敏度為-148dBm。發(fā)射信號(hào)處理電路包括發(fā)射匹配電路12和發(fā)射濾波電路13，發(fā)射匹配電路12的輸入端與信號(hào)處理模塊相連，且發(fā)射匹配電路12的輸出端與發(fā)射濾波電路13的輸入端相連，發(fā)射濾波電路13的輸出端與接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14相連；發(fā)射匹配電路12能夠強(qiáng)有力地抑制二次諧波，提高傳輸效率，發(fā)射功率最高可達(dá)20dbm，各項(xiàng)性能指標(biāo)更加符合相關(guān)認(rèn)證要求；發(fā)射濾波電路13對(duì)通帶內(nèi)的頻率信號(hào)呈現(xiàn)匹配傳輸，對(duì)阻帶頻率信號(hào)失配而進(jìn)行發(fā)射衰減，并能有效地過(guò)濾諧波，抑制衰減。MCU模塊21、信號(hào)處理模塊、接收信號(hào)處理電路、發(fā)射信號(hào)處理電路、接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14和50歐姆匹配濾波電路15均設(shè)置在屏蔽罩內(nèi)；系統(tǒng)主要的射頻部分用屏蔽罩將其全方位覆蓋，并做良好接地處理，大大減小外界高頻噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

本基于lora調(diào)制模式的UART接口物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線收發(fā)器的主要工作機(jī)制是：需要通信的數(shù)據(jù)通過(guò)UART接口22，以UART數(shù)據(jù)格式發(fā)送給本無(wú)線收發(fā)器，經(jīng)本無(wú)線收發(fā)器內(nèi)部MCU處理后，將數(shù)字信號(hào)通過(guò)lora、2-FSK、GFSK、OOK等調(diào)試方式調(diào)制后加載到所需頻段上，以電磁波的形式發(fā)送出去；當(dāng)本無(wú)線收發(fā)器接收到有效的無(wú)線信號(hào)后，MCU將數(shù)據(jù)讀出，通過(guò)數(shù)字部分的處理后，用UART格式將接收到的數(shù)據(jù)輸出。

LoRa調(diào)制模式能夠在低功耗情況下實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離無(wú)線通信及高抗干擾能力。完美解決了小數(shù)據(jù)量在復(fù)雜環(huán)境中的超遠(yuǎn)距通信問(wèn)題。無(wú)線模塊信號(hào)靈敏度超過(guò)-148dBm這種高靈敏度結(jié)合+20dBm的功率放大器使工業(yè)鏈路預(yù)算達(dá)到最優(yōu)，能夠滿足所有應(yīng)用要求的范圍與可靠性。LoRa融合了數(shù)字?jǐn)U頻、數(shù)字信號(hào)處理和前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，擁有前所未有的性能。此前，只有那些高等級(jí)的工業(yè)無(wú)線電通信會(huì)融合這些技術(shù)，采用源自軍用戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的LoRa調(diào)制技術(shù)設(shè)計(jì)，嵌入式無(wú)線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)是給待傳輸數(shù)據(jù)序列中增加了一些冗余信息，這樣，數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)程中注入的錯(cuò)誤碼元在接收端就會(huì)被及時(shí)糾正。這一技術(shù)減少了以往創(chuàng)建"自修復(fù)"數(shù)據(jù)包來(lái)重發(fā)的需求，且在解決由多徑衰落引發(fā)的突發(fā)性誤碼中表現(xiàn)良好。一旦數(shù)據(jù)包分組建立起來(lái)且注入前向糾錯(cuò)編碼以保障可靠性，這些數(shù)據(jù)包將被送到數(shù)字?jǐn)U頻調(diào)制器中。這一調(diào)制器將分組數(shù)據(jù)包中每一比特饋入一個(gè)"展擴(kuò)器"中，將每一比特時(shí)間劃分為眾多碼片。LoRa調(diào)制解調(diào)器經(jīng)配置后，可劃分的范圍為64-4096碼片/比特。AngelBlocks配置調(diào)制解調(diào)器可使用4096碼片/比特中的最高擴(kuò)頻因子(12)。相對(duì)而言，ZigBee僅能劃分的范圍為10-12碼片/比特。通過(guò)使用高擴(kuò)頻因子，LoRa技術(shù)可將小容量數(shù)據(jù)通過(guò)大范圍的無(wú)線電頻譜傳輸出去。實(shí)際上，當(dāng)你通過(guò)頻譜分析儀測(cè)量時(shí)，這些數(shù)據(jù)看上去像噪音，但區(qū)別在于噪音是不相關(guān)的，而數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，基于此，數(shù)據(jù)實(shí)際上可以從噪音中被提取出來(lái)。其實(shí)，擴(kuò)頻因子越高，越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來(lái)。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了電源輸入端6、50歐姆天線接口7、天線檢測(cè)電路8、天線9、供電電路10、晶振及匹配電路11、發(fā)射匹配電路12、發(fā)射濾波電路13、接收發(fā)射切換開(kāi)關(guān)14、50歐姆匹配濾波電路15、接收匹配電路16、SX127X芯片17、MCU模塊21、UART接口22、SLEEP引腳23、STATE引腳24、CON3引腳25、RESET引腳26等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。