LoRaWAN之终端硬件设计

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LoRaWAN之终端硬件设计

2024-03-15 04:36| 来源: 网络整理| 查看: 265

LoRaWAN之终端硬件设计

终端硬件电路由以下几部分组成: 1、单片机最小系统; 2、LoRa射频芯片; 3、射频电路; 单片机通过 SPI 连接LoRa射频芯片。      

一、LoRa射频芯片对比 型号频率范围扩频因子带宽最大功率灵敏度范围SX1276137~1020M6~127.8~500k20dBm-111~-148dBmSX1277137~1020M6~97.8~500k20dBm-111~-139dBmSX1278137~5256~127.8~500k20dBm-111~-148dBmSX1279137~960M6~127.8~500k20dBm-111~-148dBmSX1262150~960M6~127.8~500k22dBm-117~-148dBmSX1268410~810M6~127.8~500k22dBm-117~-148dBm

   在国内的常用SX1278和SX1268,国外常用SX1276和SX1262。频率越宽芯片越贵。

二、常见设计方案

   终端作为LoRaWAN系统中重要的一环,各个模块厂家在原厂的设计参考基础上推出了自己的模块。小伙们也可以根据自己的项目需求设计自己的终端模块,以下是我罗列的一些常见终端模块硬件方案以供参考,这些方案可以用在私有协议和公有LoRaWAN协议。

1、STM32 + SX127x 方案

目前很多项目都是使用的此种方案。

优势:    1、STM32代码很好找,官方有现成的终端源码,只需要移植到自己想用的单片机上。    2、SX127x的射频电路可以参考SX127x硬件电路参考,打板后调试工作量少。

劣势:    1、此方案可以认为是上一代方案,SX126x目的就是取代SX127x。    2、SX127x的发射功率低于SX126x,SX127x发射电流和接收电流都高于SX126x。

设计注意事项:    1、单片机可根据实际项目需求来定,个人比较推荐STM32L051,L系列属于低功耗系列,在低功耗上面有着一定优势,价格和货源都比较稳定,如果要做在线升级或者很多操作逻辑可以升级为STM32L071,最终都以需求来选择单片机型号。

   2、信号收发使用同一根天线,因此需要一个射频开关来选择天线连接发射部分还是接收部分,SX127x/SX126x自带有控制口,可以控制射频开关的切换。个人还是比较建议射频开关使用单片机IO口来控制,这样可以省一个三极管的同时,功耗还会更低,正常情况在2uA左右。

   3、射频电路的元件选择可以参考官方硬件电路,电容电感以村田为主,电容换成台产的一些品牌影响也不大,电感建议使用村田绕线电感。有条件的情况下,最终成品还是拿失网调一下。正常情况下端口输出最高功率在18~19dBm之间(单片机程序要开成20dBm),有射频高手可以调到19点几。

   4、建议使用4层板,抗干扰要好的多(亲测),同时阻抗线也可以走的更细。有条件的可以加屏蔽罩,淘宝上买一个成品的屏蔽罩(最好带定位脚,方便生产),也就一块左右,材质可以选马口铁(久了会生锈)和洋白铜。

   5、SX127x的32M晶体部分可以设计成无源和有源通用的电路,防止在一些特殊场合上会用到TCXO,有源供电也可以用单片机GPIO口供电,不用的时候关掉,降低功耗。

   6、LoRa芯片自带GPIO口要和单片机连上,这些口可以用于检测发射和接收,看了代码会更加明白。

2、STM32 + SX126x 方案

  此方案和方案1相同,不同处在于:   1、SX126x的发射功率更大,正常情况下端口输出最高功率在21.几dBm(单片机程序要开成最大),发射电流和接收电流都低于SX127x   2、SX126x比SX127x的芯片要贵,可以根据自己需要来做选择。

3、ASR6501 单芯片方案

   ASR6501是翱捷科技研发的一款LoRa SoC,ASR6501包含了一片ARM M0+内核单片机和一片SX1262。

优势:    1、体积小,可以做小封装产品;    2、原生支持LinkWAN(阿里的lora协议);    3、成本比STM32+SX1262更低;

劣势:    1、开源代码底层是封闭的,很多代码看不到;    2、代码版本众多,还有一些bug,FAE比较忙;    3、用的是赛普拉斯单片机,资料少,烧写器贵(评估板上有一个,可以直接用),不适合新手;    4、单片机和SX1262相连的SPI,居然需要外部链接(看下图); 在这里插入图片描述

设计注意事项:    1、代码版本众多,一定要用最新的版的代码。    2、低功耗调试的时候,要注意他有两种模式,最低功耗可以到2~3uA。    3、433M和470M可以共用一个电路,868M和915M要参考官方设的硬件设计。    4、PCB的设计注意事项可以参考方案1。

4、ASR6505 单芯片方案

   ASR6505是翱捷科技研发的一款LoRa SoC,ASR6505包含了一片STM8L 单片机和一片SX1262。

优势:    1、资料丰富,上手快,适合新手;    2、成本最低,最小系统可以做到30元以内(有量);    3、非常适合做私有协议;

劣势:    1、STM8L的片内资源较少,不适合搞一些大型应用,LoRaWAN都要悠着点搞;    2、单芯片体积有点大,还预留了一堆LCD的通信控制引脚。

设计注意事项:    1、可以自己把官方的SX1262驱动移植上去。    2、433M和470M可以共用一个电路,868M和915M要参考官方设的硬件设计,和ASR6501相通。    3、PCB的设计注意事项可以参考方案1。

5、STM32 + ASR6500S

此方案我还没验证完,验证完后更新。ASR6500S是把SX1262及外围射频电路全部封装在芯片内部,用户只需要接SPI,GPIO和天线,都不需要射频调试。      

三、射频参考电路

下图使用的是SX1276及外围射频电路,使用SX1278只用看433M和470M用的电路部分。

在这里插入图片描述

下图使用的是SX1262及外围射频电路,适用于779M,868M,915M 在这里插入图片描述 下图使用的是SX1268及外围射频电路,适用于433M,470M 在这里插入图片描述

四、注意事项

   1、如果用量特别大的话,可以自主设计,如果量不大的话,研发人力物力成本加上生产折损成本会比购买成本高,建议外购,多买几个厂家的产品做些对比测试,土豪公司随意,想技术掌握在自己手里的公司,就当我没说过这句话,哈哈!    2、终端是电池供电的情况,一定要考虑电池的最大供电电流,LoRa在发射的时候你要按120mA去计算。    3、天线一定要多加考虑,一些烂天线可能让你怀疑人生。

   今天更新到这了,有什么疑问可以联系我,只要我能帮上忙的,我都会干,就算是打架!我也去(只限本地)。

下期:LoRaWAN之网关硬件设计(预计清明节更新,网关东西有点多,让我多想想)。         

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