基于LoRa的无线转RS-485通信设计

丁艺妍

【摘 要】本文以介绍物联网无线应用技术开头，设计了基于LoRa的无线转RS-485通信产品。在具体的设计中，以系统框图为始，让读者简单明确的明白整个系统框架。然后结合系统框图，设计了四个主要电路模块，分别为电源模块、基于ZM470SX-M的LoRa无线通信模块、基于SN75HVD3082E的RS-485有线通信模块以及基于STM32的MCU控制模块。

【关键词】LoRa;RS-485;SN75HVD3082E;ZM470SX-M

中图分类号： TP274;U266文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0044-002

0 前言

物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术，优缺点非常明显。在低功耗广域网（Low Power Wide Area Network，LPWAN）产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一。当采用LPWAN技术之后，设计人员可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。

LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。

LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。

1 整体方案设计

本文是设计一种基于LoRa的无线转RS-485通信模块。该无线转RS485通信模块配置简单、使用方便，可以快速应用电力采集、工业控制、智能家居等相关场合。

1.1 设计产品特点

◆可实现多种距離传输，短距离、中距离以及长距离;

◆无需要某种协议，透明传输;

◆无线转RS-485通信;

◆可多节点组网设计;

1.2 系统框图

全文需要设计基于LoRa的无线转RS-485通信。顾名思义必须具备的模块为：RS-485模块、LoRa模块、电源模块以及控制核心单元。所以可得到系统框图如图1-1所示。

图1-1 系统框图

2 硬件电路设计

电源模块比较成熟，常用的便是AMS1117稳压芯片，结合成本、工作环境等按需选择既可。本文重点是对LoRa模块、RS-485模块以及MCU模块进行设计。

2.1 无线通信LoRa模块

无线通信LoRa模块，本文选择的是致远电子的ZM470SX-M模块，该模块具有成熟、工作稳定、低价、低功耗、外围器件少等特点。该模块的休眠电流为0.5UA，待机电流为1.8mA，接受电流为13.7mA，最小功率发射仅为34.8mA。关于LoRa无线通信模块硬件电路图见图2-1中的LoRa通信模块。

2.2 RS-485通信模块

RS-48通信模块我们选择的是TI的低功耗半双工的SN75HVD3082E通信芯片。SN75HVD3082E芯片是一款为RS-485数据总线网络而设计的半双工的收发器。它由+5V供电，与TIA/EIA-485A标准完全兼容。通过控制输出转换时序，它能够在长距离双绞线电缆上传输高达200kbps速率的信号。它的供电电流极低，一般小于0.6mA，当处于不活动的关闭模式时，供电电流只有几个nA，所以特别适合于低功耗方面的应用。它具有宽的共模抑制范围和高静电放电保护能力，因此，适用于噪声容限要求很高的场合。电路具体见图2-1中485通信模块。

2.3 MCU控制模块

实现LoRa无线通信与RS-485有线通信相互转换的便是MCU控制模块，此处我们选择STM32单片机，该IC性能稳定，集成性较高，使用普遍，外围器件简答，具体见图2-1中的MCU控制模块所示。

3 结论

全文以介绍物联网无线应用技术开头。设计了基于LoRa的无线转RS-485通信产品。在具体的硬件设计中，可以概括为四个主要电路模块，分别为电源模块、基于ZM470SX-M的LoRa无线通信模块、基于SN75HVD3082E的RS-485有线通信模块以及基于STM32的MCU控制模块。

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