基于LoRa的無線轉RS-485通信設計

丁藝妍

【摘 要】本文以介紹物聯網無線應用技術開頭，設計了基于LoRa的無線轉RS-485通信產品。在具體的設計中，以系統框圖為始，讓讀者簡單明確的明白整個系統框架。然后結合系統框圖，設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。

【關鍵詞】LoRa;RS-485;SN75HVD3082E;ZM470SX-M

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

0 前言

物聯網應用中的無線技術有多種，可組成局域網或廣域網。組成局域網的無線技術主要有2.4GHz的WiFi，藍牙、Zigbee等，組成廣域網的無線技術主要有2G/3G/4G等。這些無線技術，優缺點非常明顯。在低功耗廣域網（Low Power Wide Area Network，LPWAN）產生之前，似乎遠距離和低功耗兩者之間只能二選一。當采用LPWAN技術之后，設計人員可做到兩者都兼顧，最大程度地實現更長距離通信與更低功耗，同時還可節省額外的中繼器成本。

LoRa是LPWAN通信技術中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關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遠距離、長電池壽命、大容量的系統，進而擴展傳感網絡。目前，LoRa主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915MHz等。

LoRa技術具有遠距離、低功耗（電池壽命長）、多節點、低成本的特性。

1 整體方案設計

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

1.1 設計產品特點

◆可實現多種距離傳輸，短距離、中距離以及長距離;

◆無需要某種協議，透明傳輸;

◆無線轉RS-485通信;

◆可多節點組網設計;

1.2 系統框圖

全文需要設計基于LoRa的無線轉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。所以可得到系統框圖如圖1-1所示。

圖1-1 系統框圖

2 硬件電路設計

電源模塊比較成熟，常用的便是AMS1117穩壓芯片，結合成本、工作環境等按需選擇既可。本文重點是對LoRa模塊、RS-485模塊以及MCU模塊進行設計。

2.1 無線通信LoRa模塊

無線通信LoRa模塊，本文選擇的是致遠電子的ZM470SX-M模塊，該模塊具有成熟、工作穩定、低價、低功耗、外圍器件少等特點。該模塊的休眠電流為0.5UA，待機電流為1.8mA，接受電流為13.7mA，最小功率發射僅為34.8mA。關于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數據總線網絡而設計的半雙工的收發器。它由+5V供電，與TIA/EIA-485A標準完全兼容。通過控制輸出轉換時序，它能夠在長距離雙絞線電纜上傳輸高達200kbps速率的信號。它的供電電流極低，一般小于0.6mA，當處于不活動的關閉模式時，供電電流只有幾個nA，所以特別適合于低功耗方面的應用。它具有寬的共模抑制范圍和高靜電放電保護能力，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LoRa無線通信與RS-485有線通信相互轉換的便是MCU控制模塊，此處我們選擇STM32單片機，該IC性能穩定，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 結論

全文以介紹物聯網無線應用技術開頭。設計了基于LoRa的無線轉RS-485通信產品。在具體的硬件設計中，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。

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