基于Lora通信装置的低功耗方法与流程

本发明涉及使用单片机和高效率电源电路实现lora通信技术的超低功耗技术。

背景技术：

随着物联网技术的快速发展，无线通信技术lora得到了快速的发展和应用。lora采用线性调频扩频调制技术，具备很好的抗干扰能力，广泛应用于各种物联网项目中。

在对lora技术使用的考量中，一个很重要的技术要求就是低功耗。尽管在lora的信号调制方法设计上，已经采用低功耗的fsk(频移键控)调制，但实际应用系统中，lora持续的待机状态以及外围采集电路的功耗，让使用lora的整个应用系统功耗仍然很大，使整个系统不得不外接ac220v市电，通过电源适配器转换成直流电持续给lora和外围采集电路供电，增加了电能的损耗，并且，在有些应用场景中ac220v市电很难直接接入，需要重新架设电线线路，无端增加了项目成本。

具体来说，现有lora技术仍有以下缺陷：

1.lora待机状态下功耗大，无端浪费了电能；

2.ac220v交流电转换直流电效率低，普遍转换效率在87％以下，浪费的电能以热量的形式散发；

3.很多应用场景中交流电直接接入困难，需要重新架设电线线路，不仅增加了项目成本，也增加了项目难度；

4.lora和整个应用系统完全依靠ac220v市电供电，一旦市电断电，整个系统瘫痪，无法工作；

5.对于多个lora组成的网络，市电接入都需要架设电线线路，使得整个系统硬件很不美观。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是实现一种使用纽扣电池即可给使用lora技术的整个应用系统长时间供电的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：基于lora通信装置的低功耗方法，lora模块设有无线串口模块，用于控制lora通信装置工作模式的单片机通过i/o端口输出工作模式控制信号至无线串口模块；

所述lora模块的工作模式包括：

一般模式：串口打开，无线打开；

唤醒模式：串口打开，无线打开，待发送的数据包添加用于唤醒处于省电模式lora模块的唤醒码；

省电模式：串口接收关闭，无线仅开启接收信号功能，关闭发射信号功能；

lora模块待机状态时处于省电模式，当有数据传输时，网关端lora模块发送唤醒码，将省电模式下的lora模块唤醒，接收网关端发送的数据；

当需要向外发送数据时，通过单片机使lora模块进入一般模式，待数据发送完毕后，再通过单片机使lora模块进入省电模式。

所述lora模块的工作模式还包括休眠模式：只能接收参数设置命令。

所述单片机处于待机模式时关闭系统时钟，进入休眠模式状态，一旦有外部信号输入要求单片机进入工作状态，通过单片机的外围功能模块的中断作用将单片机唤醒。

所述单片机和lora模块采用容量在1000mah以上的锂电池供电。

所述锂电池通过5-12v转3.3v电源芯片为单片机和lora模块供电，所述电源芯片选用开关型。

本发明通过单片机和高效率电源电路的设计降低lora和应用系统的功耗，达到使用纽扣电池即可给使用lora技术的整个应用系统长时间供电，这样节约了市电电网电能，减小了市电电网的负荷，每个系统每年可节约电能50度，同时消除系统接市电的布线安装费用，也使硬件组装简单，节约操作工时。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为lora与单片机(mcu)连接图；

图2为主程序流程图；

图3为中断服务程序流程图；

图4为串口发送函数流程图。

具体实施方式

如图1所示，lora模块的接口端加入单片机，利用单片机的通用i/o端口来控制lora的工作模式。

lora模块分为四种工作模式，由接口md1和md0控制：

若md1＝0，md0＝0，则lora模块进入一般模式，此模式下，串口打开，无线打开，透明传输；

若md1＝0，md0＝1，则lora模块为唤醒模式，此模式下，串口打开，无线打开，和一般模式比唯一区别在数据包发射前，自动增加唤醒码，唤醒处于省电模式的lora；

若md1＝1，md0＝0，则lora模块为省电模式，此模式下，串口接收关闭，无线处于空中唤醒模式，收到无线数据后，打开串口接收数据，该模式只能为接收方，不能发送；

若md1＝1，md0＝1，则lora模块为休眠模式，此模式下，串口关闭，无线关闭，只能接收参数设置命令，此模式一般不常用。

在不加入单片机的情况，lora模块要同时具备接收和发送的功能只能工作在一般模式下，一般模式下，lora模块的串口和无线都处于长时间打开状态，这必然导致lora的功耗极度增大。

加入单片机控制后，可以将lora模块设置为省电模式，无数据传输时，串口和无线都处于关闭状态，lora模块的功耗极低。有数据传输时，网关端lora模块发送唤醒码，将省电模式下的lora模块唤醒，接收网关端发送的数据，数据接收完成后，当需要向外发送数据时，通过单片机的通用i/o端口改变md1值，设置为一般模式向外发送数据。通过这种控制方式，使得lora在待机状态下功耗极低，待机电流几个ua左右。

单片机选用msp430或者stm等具备超低功耗能力的机型，单片机处于待机模式时关闭系统时钟，进入休眠模式状态，一旦有外部信号输入要求单片机进入工作状态，可通过外围功能模块的中断作用将单片机唤醒，单片机休眠模式下待机电流1ua以下。

电池可根据整个应用系统的数据量的多少以及数据交换的频率，选择大容量锂电池或者纽扣电池。大容量锂电池的容量一般1000mah以上，纽扣电池的容量一般100mah-1000mah。对于数量大、数据交互频率高的系统，可选用锂电池，通过5-12v转3.3v电源芯片将电压转换为3.3v供单片机和lora供电。电源芯片选用开关型，开关型电源具备高转换效率，低损耗的特点，总体的转换效率在95％以上，电源的损耗很小。对于数量小、数据交互频率不高的系统，可直接选用3.3v纽扣电池供电，电源方面无损耗产生。整个系统组装后用安装盒进行包装，外部美观大方。

本发明采用单片机控制lora的状态，实时的关闭lora不需要工作的功能，达到降低lora的待机功耗。lora的功耗降低后，在供电方面可采用锂电池或纽扣电池供电，省去ac220市电的接入，并且采用转换效率95％以上的dc-dc电源，有效的降低了电能的损耗。采用锂电池或纽扣电池为不间断供电，不会出现断电导致整个系统不能工作，利用本发明的技术，锂电池或纽扣电池的使用寿命普遍在3年以上。电池和整个硬件设备可以整体的包装安装盒中，具备美观适用的特征。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。