[发明专利]一种LoRa通信模块及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及LoRa扩频通信技术，尤其涉及一种LoRa通信模块及其控制方法。

背景技术

LoRa是由美国Semtech公司提出的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，它采用线性调频扩频调制技术，既具有和FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰。

鉴于LoRa扩频通信技术较低的功耗和较远的传输距离，它在水电气暖四表集抄、智能停车场管理系统、智慧农业、智慧城市、工业远程数据采集等物联网应用领域得到了广泛的应用。

基于Semtech公司的SX127x系列(工作频段不同)集成收发器，配以简单的射频阻抗匹配电路普通的石英晶振，所构成的通信模块是LoRa扩频通信技术的常见硬件载体。尽管该方案具有结构简单、成本低、易于控制等优势，但是其缺点表现在：①发射功率有限，SX127x系列集成收发器的理论最大输出射频功率只有20dBm，在超远距离或者衰减效应较强的应用场合，仍无法满足需求；②接收灵敏度较低，通常采用普通的20ppm晶体振荡器，模块的接收灵敏度通常在-130dBm左右，难以达到理论最高灵敏度；③较大的待机电流，通常采用的收发切换芯片的待机电流在10uA左右，对于电池供电系统而言，不利于延长电池的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种LoRa通信模块及其控制方法，提高接收灵敏度和发射功率，降低系统功耗。

本发明采用以下技术方案：

一种LoRa通信模块，其中，包括：电源开关电路、微控制器、温度补偿晶振、射频集成收发电路、阻抗匹配电路和射频前端芯片，所述电源开关分别连接微控制器和射频前端芯片，所述微控制器分别与温度补偿晶振和射频集成收发电路连接，所述温度补偿晶振连接射频集成收发电路，所述射频集成收发电路与阻抗匹配电路连接，所述阻抗匹配电路连接所述射频前端芯片。

优选的，所述射频前端芯片包括功率放大器、低噪声放大器和收发信号切换开关。

优选的，所述射频集成收发电路为SX1276芯片、SX1277芯片或SX1278芯片。

一种LoRa通信模块的控制方法，包括：

在休眠状态下，微控制器IO管脚1输出低电平，控制温度补偿晶振的供电端子无电源输入；微控制器的IO管脚2控制电源开关处于关状态，使射频前端芯片处于无供电状态；微控制器控制射频集成收发电路进入休眠模式；

活动信道检测状态下，微控制器周期性的控制IO管脚1输出高电平、IO管脚2控制电源开关处于开状态，微控制器控制射频前端芯片开启接收状态；射频集成收发电路开启CAD检测步骤；检测射频集成收发电路是否接收到有效的载波信号，若接收到有效的载波信号，则射频集成收发电路进入接收状态，若未接收到，则射频集成收发电路处于休眠状态；微控制器的控制周期为T2；

在发射状态下，微控制器IO管脚1输出高电平、IO管脚2控制电源开关处于开状态，微控制器同时控制射频前端芯片和射频集成收发电路开启发射状态；射频集成收发电路发送预设时长为T1的前导码，T1大于T2，然后发送有效数据包。

本发明的有益效果如下：

1、发射功率大幅提高，采用SK653XX系列射频前端芯片，实际发射功率可达30dBm以上；

2、由于采用了高稳定性的TCXO，模块的接收灵敏度大幅提高。本发明采用SK653XX系列射频前端芯片和2ppm的TCXO，相比传统的20ppm的普通石英晶振，SX127x的扩频因子12、带宽500KHZ、编码率4/5时，接收灵敏度由原来的-128dBm提高至-141dBm；

3、较低的系统功耗；一方面，由于在休眠模式下对TCXO和射频前端芯片的供电端子采用了关断处理，系统的功耗得到了大幅的降低，本发明中系统功耗可降至2uA(传统方案在20uA左右)；另一方面，微控制器周期性的控制TCXO和射频前端芯片进入工作模式、SX127x进入CAD检测模式，即实现了多个模块间的实时双向通信，又尽最大限度的降低了系统功耗。

附图说明

图1是现有技术中LoRa通信模块的原理框图。

图2是本发明一种LoRa通信模块的电原理框图。

图3是本发明一种LoRa通信模块中电源开关的电路原理图。

图4是本发明一种LoRa通信模块中温度补偿晶振、射频集成收发电路及阻抗匹配电路的电路原理图。

图5是本发明一种LoRa通信模块中射频前端芯片的电路原理图。