一种基于LoRa技术的低功耗远距离无线透传电路的制作方法

一种基于lora技术的低功耗远距离无线透传电路
技术领域
1.本实用新型属于智能物联网设备领域，特别涉及一种基于lora技术的低功耗远距离无线透传电路。


背景技术：

2.进入21世纪后，电子技术、通信技术、互联网技术和人工智能等高新技术得到了快速发展。在此背景下，以新型传感器技术和嵌入式技术为核心的物联网技术得到了跨越式的发展，其在安防、医学、智能家居以及工业自动化等领域得到了广泛的运用。同时，为了应对各种各样的应用场景，无线通信技术在物联网终端处得到了广泛的应用，并且由于不同的物联网终端的通信接口不同，各种无线透传模块也得到了快速发展。传统的无线透传模块主要采用蓝牙、wifi和zigbee等无线技术，他们有着各自的优缺点。其中蓝牙技术的优势在于低成本、低功耗、低延时，但是它的通信距离较短，一般在十米之内，不适合远距离的无线通信。wifi有着比蓝牙更大的传输速率，而且通信距离也远很多，在开阔地方可达百米，但是wifi功耗较大，同时载波频率较高，因此容易受到建筑物干扰。zigbee在近十几年一直是物联网领域的宠儿，被大量运用到各种智能家居系统和智能抄表系统中，虽然数据传输速率较低只有20-250kbps，但与此同时功耗也比较低，并且在开阔地带，传输距离可达到几百米。但是zigbee技术通用的工作频段2.4ghz，工作频段较高，对墙壁的穿透能力较弱，在工业中许多的场景并不适用。因此，目前急需一种传输距离远、低功耗和高穿透的无线透传技术来解决上述技术问题。


技术实现要素：

3.本实用新型针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的基于lora技术的低功耗远距离无线透传电路。
4.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
5.本实用新型提供一种基于lora技术的低功耗远距离无线透传电路，其特点在于，其包括gd32最小系统电路、lora无线传输电路、485通讯电路和电源电路，所述lora无线传输电路用于与lora网关通讯连接，所述485通讯电路用于与物联网终端设备通讯连接，所述lora无线传输电路和485通讯电路均与gd32最小系统电路电连接，所述gd32最小系统电路、485通讯电路和lora无线传输电路均与电源电路电连接，所述lora网关、lora无线传输电路、gd32最小系统电路、485通讯电路和物联网终端设备构成一个无线透传通路，所述物联网终端设备、485通讯电路、gd32最小系统电路、lora无线传输电路和lora网关构成另一个无线透传通路。
6.较佳地，所述gd32最小系统电路采用gd32f130g8u6作为gd32控制芯片，所述gd32控制芯片的引脚19、引脚25、引脚10、引脚13、引脚11和引脚12分别与电阻r14、电阻r16、电阻r17、电阻r19、电阻r20和电阻r21的一端电连接，所述电阻r14、电阻r16、电阻r17、电阻r19、电阻r20和电阻r21的另一端电连接lora无线传输电路，所述gd32控制芯片的引脚8、引
脚9和引脚18与485通讯电路电连接，所述gd32控制芯片的引脚2分别与晶振x1的一端和电容c22的一端电连接，所述gd32控制芯片的引脚3分别与晶振x1的另一端和电容c23的一端电连接，所述电容c22的另一端和电容c23的另一端均与地线gnd电连接，所述gd32控制芯片的引脚14与电阻r18电连接，所述电阻r18的另一端与三极管q1的基极相连，所述三极管q1的集电极与发光二极管ld1的阴极电连接、发射极与地线gnd电连接，所述发光二极管ld1的阳极接上拉电阻r15。
7.较佳地，所述电容c22与电容c23均为负载电容。
8.较佳地，所述lora无线传输电路采用vc1sx-1278a芯片作为lora通讯芯片，所述lora通讯芯片与gd32控制芯片之间通过spi总线通讯，所述lora通讯芯片的rst引脚接上拉电阻r12，同时rst引脚与gd32控制芯片的引脚19电连接，所述lora通讯芯片的sck引脚与gd32控制芯片的引脚11电连接，所述sck引脚作为lora通讯芯片的时钟引脚，所述lora通讯芯片的miso引脚与gd32控制芯片的引脚12电连接，所述lora通讯芯片通过miso引脚向gd32控制芯片输出数据，同时lora通讯芯片的miso引脚接电容c15，所述电容c15的另一端接地，所述lora通讯芯片的mosi引脚与gd32控制芯片的引脚13电连接，所述lora通讯芯片通过mosi引脚接收gd32控制芯片输出的数据，同时lora通讯芯片的mosi引脚接电容c16，所述电容c16的另一端接地所述lora通讯芯片的nss引脚接上拉电阻r11，同时nss引脚与gd32控制芯片的引脚10电连接，所述nss引脚作为lora通讯芯片的片选引脚；所述lora通讯芯片的dio0引脚接上拉电阻r3，同时dio0引脚与gd32控制芯片的引脚25相连接，所述dio0引脚作为lora通讯芯片的中断输出引脚，所述lora通讯芯片的ant引脚接入一个lora天线以增强信号。
9.较佳地，所述电容c15为去耦电容，所述电容c16为旁路电容。
10.较佳地，所述485通讯电路使用azrs485e芯片实现uart信号与485差分信号的相互转换，同时为了做到交直流隔离，azrs485e芯片与gd32控制芯片之间使用el357n光耦进行隔离，所述azrs485e芯片的引脚1接入限流电阻r5，所述限流电阻r5的另一端接入el357n光耦n1的管脚2，所述el357n光耦n1的管脚4接上拉电阻r2，同时与gd32控制芯片的管脚9电连接，用于向gd32控制芯片发送数据；所述azrs485e芯片的引脚4接上拉电阻r9，同时接入el357n光耦n3的管脚4，所述el357n光耦n3的管脚2接限流电阻r10，所述限流电阻r10的另一端接gd32控制芯片的管脚8，用于接收gd32控制芯片发来的数据；所述azrs485e芯片的引脚2与引脚3并联接下拉电阻r6，同时接入el357n光耦n2的管脚3，所述el357n光耦n2的管脚2接限流电阻r8，所述限流电阻r8的另一端接gd32控制芯片的管脚18，用于控制azrs485e芯片处于接收还是发送模式；所述azrs485e芯片的管脚6接上拉电阻r7、管脚7接下拉电阻r4，共同实现了485差分信号的输入和输出，同时azrs485e芯片的管脚6和管脚7并联接入tvs二极管vd1，用于保护电路。
11.较佳地，所述电源电路用于将220v交流电压分别转换为交流侧的+5v电压即ac_+5v和直流侧的直流+5v即dc_+5v和直流+3.3v即dc_+3.3v并对其他电路进行供电；
12.所述lora无线传输电路的lora通讯芯片的引脚13与dc_+3.3v连接、引脚14通过电阻r3与dc_+3.3v连接，所述gd32最小系统电路的gd32控制芯片的引脚17与dc_+3.3v连接，所述485通讯电路的azrs485e芯片的引脚8、el357n光耦n1的引脚1、el357n光耦n2的引脚4和el357n光耦n3的引脚4与ac_+5v连接，同时el357n光耦n1的引脚4、el357n光耦n2的引脚1
和el357n光耦n3的引脚1与dc_+3.3v连接；
13.所述电源电路分为3个部分，其中有交流侧直流5v标记为ac_+5v，直流侧直流5v和直流3.3v分别标记为dc_+5v和dc_+3.3v，交流和直流完全分开，地线ac_gnd直接连到火线ac_l，火线ac_l和零线ac_n之间串接压敏电阻rv1，变压器t1为将一次侧的交流220v转15v的变压器，变压器t1的引脚5、引脚6输出交流15v，经二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5组成的整流桥转为直流15v，直流15v通过作为开关电压调节器的lm2596芯片转为直流5v，直流5v最后经作为低压差电压调节器的lm117芯片转为直流3.3v，所述变压器t1的引脚3与地线ac_gnd直连串联热敏电阻rt1，所述变压器t1的引脚2、引脚4连接作为电压调节器的78m05芯片，交流侧通过从变压器t1的一次侧根据线圈的比例引出18v的电压输入至78m05芯片，输出交流侧直流5v电压。
14.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
15.本实用新型的积极进步效果在于：
16.本实用新型使用lora技术解决了以往无线透传领域中低功耗和远距离只能二选一的尴尬局面，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗。
附图说明
17.图1为本实用新型较佳实施例的基于lora技术的低功耗远距离无线透传电路的原理框图。
18.图2为本实用新型较佳实施例的gd32最小系统电路的电路图。
19.图3为本实用新型较佳实施例的lora无线传输电路的电路图。
20.图4为本实用新型较佳实施例的485通讯电路的电路图。
21.图5为本实用新型较佳实施例的电源电路的电路图。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.如图1所示，本实施例提供一种基于lora技术的低功耗远距离无线透传电路，其包括gd32最小系统电路、lora无线传输电路、485通讯电路和电源电路，所述lora无线传输电路用于与lora网关通讯连接，所述485通讯电路用于与物联网终端设备通讯连接，所述lora无线传输电路和485通讯电路均与gd32最小系统电路电连接，所述gd32最小系统电路、485通讯电路和lora无线传输电路均与电源电路电连接，所述lora网关、lora无线传输电路、gd32最小系统电路、485通讯电路和物联网终端设备构成一个无线透传通路，所述物联网终端设备、485通讯电路、gd32最小系统电路、lora无线传输电路和lora网关构成另一个无线透传通路。所述gd32最小系统电路主要用于将从物联网终端设备或者lora网关中接收到的数据进行转发，所述485通讯电路主要用于与物联网终端设备进行通讯，所述lora无线传输
电路用于与lora网关进行通讯。
24.其中，如图2所示，所述gd32最小系统电路采用gd32f130g8u6作为gd32控制芯片，所述gd32控制芯片的引脚19、引脚25、引脚10、引脚13、引脚11和引脚12分别与电阻r14、电阻r16、电阻r17、电阻r19、电阻r20和电阻r21的一端电连接，所述电阻r14、电阻r16、电阻r17、电阻r19、电阻r20和电阻r21的另一端电连接lora无线传输电路，上述电阻均用于抑制信号传输时产生的振铃，即信号上升沿或下降沿附近的抖动。所述gd32控制芯片的引脚8、引脚9和引脚18与485通讯电路电连接，所述gd32控制芯片的引脚2分别与晶振x1的一端和电容c22的一端电连接，所述gd32控制芯片的引脚3分别与晶振x1的另一端和电容c23的一端电连接，所述电容c22的另一端和电容c23的另一端均与地线gnd电连接，其中电容c22与电容c23为负载电容，可以影响到晶振的谐振频率和输出幅度。所述gd32控制芯片的引脚14与电阻r18电连接，所述电阻r18的另一端与三极管q1的基极相连，所述三极管q1的集电极与发光二极管ld1的阴极电连接、发射极与地线gnd电连接，所述发光二极管ld1的阳极通过电阻r15接入+3.3v。当gd32控制芯片的引脚14输出高电平，三极管q1导通，发光二极管ld1点亮，可用于显示电路工作状态。
25.如图3所示，所述lora无线传输电路采用vc1sx-1278a芯片作为lora通讯芯片，所述lora通讯芯片与gd32控制芯片之间通过spi总线通讯，所述lora通讯芯片的rst引脚通过上拉电阻r12接入+3.3v以保持高电平，同时rst引脚与gd32控制芯片的引脚19电连接，当rst引脚接收到低电平时，lora通讯芯片被复位。所述lora通讯芯片的sck引脚与gd32控制芯片的引脚11电连接，所述sck引脚作为lora通讯芯片的时钟引脚，所述lora通讯芯片的miso引脚与gd32控制芯片的引脚12电连接，所述lora通讯芯片通过miso引脚向gd32控制芯片输出数据，同时lora通讯芯片的miso引脚接电容c15，所述电容c15的另一端接地，电容c15为去耦电容，可以去除掉输出信号的高频谐波噪声，使输出信号干净。所述lora通讯芯片的mosi引脚与gd32控制芯片的引脚13电连接，所述lora通讯芯片通过mosi引脚接收gd32控制芯片输出的数据，同时lora通讯芯片的mosi引脚接电容c16，所述电容c16的另一端接地，电容c16为旁路电容，可以去除输入信号的高频，把外界的谐波去除。所述lora通讯芯片的nss引脚通过上拉电阻r11接入+3.3v以保持高电平，同时nss引脚与gd32控制芯片的引脚10电连接，所述nss引脚作为lora通讯芯片的片选引脚；所述lora通讯芯片的dio0引脚通过上拉电阻r3接入+3.3v以保持高电平，同时dio0引脚与gd32控制芯片的引脚25相连接，所述dio0引脚作为lora通讯芯片的中断输出引脚，通过配置寄存器，可以在芯片接收完数据、发送完数据或者cad检测后发出信号，使得gd32控制芯片产生中断。电路中其余电容为滤波作用。所述lora通讯芯片的ant引脚接入一个lora天线以增强信号。
26.如图4所示，所述485通讯电路使用azrs485e芯片实现uart信号与485差分信号的相互转换，同时，为了做到交直流隔离，azrs485e芯片与gd32控制芯片之间使用el357n光耦进行隔离。所述azrs485e芯片的引脚1接入限流电阻r5，所述限流电阻r5的另一端接入el357n光耦n1的管脚2，所述el357n光耦n1的管脚4接上拉电阻r2，同时与gd32控制芯片的管脚9电连接，用于向gd32控制芯片发送数据；所述azrs485e芯片的引脚4接上拉电阻r9，同时接入el357n光耦n3的管脚4，所述el357n光耦n3的管脚2接限流电阻r10，所述限流电阻r10的另一端接gd32控制芯片的管脚8，用于接收gd32控制芯片发来的数据；所述azrs485e芯片的引脚2与引脚3并联接下拉电阻r6，同时接入el357n光耦n2的管脚3，所述el357n光耦
n2的管脚2接限流电阻r8，所述限流电阻r8的另一端接gd32控制芯片的管脚18，用于控制azrs485e芯片处于接收还是发送模式；所述azrs485e芯片的管脚6接上拉电阻r7、管脚7接下拉电阻r4，共同实现了485差分信号的输入和输出，同时azrs485e芯片的管脚6和管脚7并联接入tvs二极管vd1，用于保护电路。
27.如图5所示，所述电源电路用于将220v交流电压分别转换为交流侧的+5v电压(ac_+5v)和直流侧的直流+5v(dc_+5v)和直流+3.3v(dc_+3.3v)并对其他电路进行供电。
28.所述lora无线传输电路的lora通讯芯片的引脚13与dc_+3.3v连接、引脚14通过电阻r3与dc_+3.3v连接，所述gd32最小系统电路的gd32控制芯片的引脚17与dc_+3.3v连接，所述485通讯电路的azrs485e芯片的引脚8、el357n光耦n1的引脚1、el357n光耦n2的引脚4和el357n光耦n3的引脚4与ac_+5v连接，同时el357n光耦n1的引脚4、el357n光耦n2的引脚1和el357n光耦n3的引脚1与dc_+3.3v连接；
29.所述电源电路分为3个部分，其中有交流侧直流5v标记为ac_+5v，直流侧直流5v和直流3.3v分别标记为dc_+5v和dc_+3.3v，交流和直流完全分开，地线ac_gnd直接连到火线ac_l，火线ac_l和零线ac_n之间串接压敏电阻rv1，压敏电阻rv1防止电压不稳定对其他电器元件造成伤害，变压器t1为将一次侧的交流220v转15v的变压器，变压器t1的引脚5、引脚6输出交流15v，经二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5组成的整流桥转为直流15v(dc_+15v)。直流15v通过作为开关电压调节器的lm2596芯片转为直流5v(dc_+5v)，lm2596芯片在特定的输入电压和输出负载的条件下，可以保证输出电压的误差在
±
4％的范围内，确保了电路了稳定性。直流5v最后经作为低压差电压调节器的lm117芯片转为直流3.3v(dc_+3.3v)。所述变压器t1的引脚3与地线ac_gnd直连串联热敏电阻rt1(型号为ntc5d_7的热敏电阻)，所述变压器t1的引脚2、引脚4连接作为电压调节器的78m05芯片，交流侧通过从变压器t1的一次侧根据线圈的比例引出18v的电压输入至78m05芯片，输出交流侧直流5v电压，作用是对485通讯电路进行供电。电路中其余电容为滤波作用。
30.lora通信的数据传输速率较低，在牺牲传输距离的情况下最大可靠速率只有37.5kbps，但是lora采用了扩频技术，具有抗干扰性强、稳定性高、功耗低等优点。在开阔地带，lora理论上有效传输距离可以达到十几公里，并且lora通常工作在高频段，具有较强的穿墙能力。因此，使用lora技术解决了以往无线透传领域中低功耗和远距离只能二选一的尴尬局面，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗。
31.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。