基于Semtech SX1262的LoRa無線傳輸看板方案

方案應用場景描述

本方案的主要功能是將現有的LED跑馬燈告示板加上LoRa的功能，其主要的目的是利用LoRa的長距離通訊能力以及高靈敏度的接收能力來把指令傳送到聲音吵雜的環境如工廠、工地，或通訊品質不良的地方如地下室、隧道、下水道工作場域，再則可以使用在不適合使用聲音告知的地方如會議室、聾啞人士起居學習工作環境。

方案優勢  

1. 加快研發速度和減少開發成本及研發人力 當客戶開始對LoRa技術產生興趣后要開始進行開發時所碰到的第一個問題是如何進行軟硬體的開發! 硬體部分Semtech有提供完整的原理圖、電路布局及零件清單。但在韌體部分是必須要去了解到系統架構及參數設定，而對于期待產品能快速上市及產品應用已經大致完成而只想更換傳輸技術的客戶來說 UART模組可能是一個不錯的選擇。今天要為各位介紹的方案就是愛坦科技使用Semtech SX1262設計的LoRa模組RYLR907，其是使用AT-Command經RS232界面來控制發射模式。

2. 使用LoRa改善傳輸技術改善通訊能力 對于大樓建筑、工廠或是農場以至于如歐美之家庭之安全需求是一大需求，對于此類安防之系統架構一般都是使用實體有線、FSK(頻率偏移調變)、Zigbee、Bluetooth或是Wifi等傳輸模式來做為通訊方式。但這些通訊方式或多或少都有其先天的限制，下面為我約略做的整理比較表

依上表來看，如果我們要在此等警告系統中使用上列技術的話會有點挑戰性。所以我們以本方案來提出使用LoRa方式來解決如下問題

距離:LoRa 可提供高至-148 dB 的感度，可提供長距離及高穿透性的應用。

抗干擾: 使用展頻技術可提雜訊抗干擾能力。

省電: 低至0.1uA之耗電可提供長時間不需更換電池使用。

方案特色說明 本方案之主要特色為使用愛坦科技所開發的RYLR907 LoRa模組，該模組是使用Semtech SX1262 芯片加上STM32微處理器的架構。特點是使用AT-Command來設定工作模式如單純收發模式、睡眠模式和CAD喚醒模式，無線參數Spreading Factor、Bandwidth、Coding Rate和Preamble。而發射及接收的控制也是由指令來傳送ASCII碼，模組在接收到資料后會結合RSSI數值后同時經由UART提供到后段的應用。

工作原理描述說明

本方案的結構是使用兩個RYLR907來當作UART主控端和LED看板應用端的無線資料傳遞。本方案中我們是示范以電腦來當作終端機，所以我們使用一個USB轉UART的轉接板來連接電腦與RYLR907模組。而應用端的部分我們演示如何使用Arduino Mini單芯片開發板來做兩個部分的工作，一是驅動LED跑馬燈和接收由RYLR907經UART送來的資料。

如何使用RYLR-907模組進行開發

模組介紹

本方案所使用的愛坦RYLR-907模組頻率由820到960MHz，其符合歐洲、美國、日本、臺灣等主要國家使用。該模組以Semtech SX1262芯片為核心，提供優異的干擾抑制和低接收電流。并提供依偵測頻道動作省電的CAD接收模式和AES128資料加密。該模組的控制方式是使用 AT Commands指令經UART與MCU溝通。

該模組腳位僅為5條線，各為VCC、GND、Reset、RX、TX，下圖為模組實際接腳圖、尺寸圖及腳位使用描述。

基本指令使用順序 (轉述于愛坦Lora AT COMMAND 說明書)

1. 使用AT+ADDRESS指令設定ADDRESS, 此ADDRESS可以作發射者與指定接收者的識別

2.使用AT+NETWORKID 設定Lora網路ID, 這是一個群組的功能, 只有設定相 NETWORKID的才可以互相通訊, 如果指定接收的ADDRESS是屬于不同的群組,是不能互 相通訊的.

3.使用AT+BAND設定無線頻段中心頻率,接收方與發射方必須使用相同的頻率才可以互相通訊

4.使用AT+PARAMETER 設定RF無線參數, 接收方與發射方必須使用相同的參數才可以互相通訊, 其中的參數特性如下 [1]: SF越大接收感度越好, 但是傳輸時間越長 [2] : 頻寬越小接收感度越好, 但是傳輸時間越長 [3]: 編碼率, 1為最快 [4] : 前導碼,前導碼較大掉封包的機率會變小, 如速度許可一 般建議在10以上。3公里內有良好通訊建議使用 AT+PARAMETER =9,7,1,7；如果大于3 公里建議使用 AT+PARAMETER=12,7,1,7 5. 使用AT+SEND傳送資料到指定Address,傳輸時間計算可以使用Lora Modem Calculator Tool 計算, Payload部分由于模組內部程式使用需要比實際傳輸資料長度加上8 Bytes

如何在在Arduino下使用Library開發LoRa

步驟一: 尋找及安裝程式庫

在網路上我們可以找到各式各樣Arduino的程式庫，在這個方案中我們使用的是由MajicDesigns所提供的驅動程式庫；其版權為根據MIT License來授權使用。

我們會使用MajicDesigns是因為該程式庫已經將LED陣列的驅動時序處理好了，我們可以專注于應用的設計。下載位置及使用詳細說明可參考如下https://www.arduinolibraries.info/libraries/md_max72-xx

步驟二: 如何安裝MajicDesigns 程式庫

步驟三: 開啟范例來測試LED文字看板的驅動

如何整合RYLR-907模組至系統 成果演示

成果展示

? 場景應用圖 sceneryUrl

? 產品實體圖

? 展示版照片

? 方案方塊圖

? 資料發送端 (USB --> UART --> RYLR907 LoRa Module) 正面

? 資料發送端 (USB --> UART --> RYLR907 LoRa Module) 背面

? USB to RS232 轉接板 ~ 正面

? USB to RS232 轉接板 ~ 背面

? 核心技術優勢 主

元件產品介紹: RYLR907 收發模組的特點在于采用 LoRa 長距離調制解調器，提供超長距離擴頻通信和高抗干擾性，并同時最大限度地降低其電流消耗。

功能與特色:                     

? Semtech SX1262 核心                     

? 優異的隔絕干擾抑制                     

? 低接收電流                     

? 頻道動作偵測省電 CAD 接收模式                     

? 高靈敏度                     

? 利用 AT Commands 控制，易于操作                     

? 內建天線                     

? AES128 資料加密

應用范圍:                  

? 物聯網應用                  

? 移動設備                  

? 家庭保全                  

? 工業監控和控制設備                  

? 汽車警報

 ? 方案規格

· VDD Power Supply: 2 ~ 3.6 V

· RF Output Power Range: -4 ~ 22dBm

· Filter insertion loss: 1 ~ 3 dB

· RF Sensitivity: -148 dBm

· RF Input Level: 10 dBm

· Frequency Range: 820, 868/915, 960 MHz

· Frequency Accuracy: ±2 ppm

· Transmit Mode Current: 140 mA (RFOP = +22dBm)

· Receive Mode Current: 10.4 mA (AT+MODE=0, AT+RXBOOST=1)

· 9.9 mA (AT+MODE=0, AT+RXBOOST=0)

· CAD Mode Receive Current: 2.3 mA (AT+MODE=2)

· Sleep Current: 0.5 uA (AT+MODE=1)

· Digital Input Level High: 0.7*VDD ~ VDD

· Digital Input Level Low: 0 ~ 0.3*VDD

· Digital Output Level High: 0.9 ~ VDD

· Digital Output Level Low: 0 ~ 0.1 ~ V

· EEPROM erase / write: 300,000 Cycles

· Weight: 7 g

· Operating Temperature: -40 ?C ~ +85 ?C