[发明专利]一种基于可插拔模块的LoRa多通道通信扩展方法

说明书

本发明公开了一种基于可插拔模块的LoRa多通道通信扩展方法，可插拔模块硬件采用带有金手指的PCB扩展卡形式，包含嵌入式MCU、LoRa通信芯片及电源管理模块，由主板供电并采用UART与主板进行通信，具备CD(Card Detect卡存在检测)管脚、控制IO和状态IO，扩展卡通过硬件设计实现该接口的热插拔功能。本发明采用智能多通道感知及接入协议，主板CPU可以扫描CD管脚状态感知到LoRa扩展卡插入后获取LoRa扩展卡信息，之后配置及修改各扩展卡的通信参数和网络拓扑，并在主板上分配相应的硬件资源，实现LoRa扩展卡的即插即用。在主板带电全天候工作的情况下可以随时从总线上可靠地扩展、管理和卸载LoRa扩展卡，实现多通道的动态配置和动态扩展。

技术领域

本发明涉及LoRa无线通信设备管理领域，特别是涉及一种基于可插拔模块的LoRa多通道通信扩展方法。

背景技术

近年来，LoRa无线通信因具有低功耗、传输距离长和架设简单方便等特点被物联网应用领域广泛关注。最基本的LoRa通信系统通常包含基站、中继和终端3个部分。在通信距离允许的范围内，基站和终端之间可以通过中继实现单跳或多跳传输，协议上具有很强的自定义性和扩展性。

目前大多数的LoRa还是应用在低速率、低数据量的情况下，如：远程抄表及定位。而随着物联网应用场景开发的深入，LoRa需要应用在数据信息量较高、全天候工作和具有一定实时性需求的场景，对于数据量、工作量和实时性要求，最直接的处理方法就是降低通信冲突、进行多通道通信扩展，从而减少在一对多模式下的轮询、冲突等待等操作的时间，提高了通道的效率。LoRa多通道扩展方式包含增加同信道内的上下行通信节点或者扩展多个新信道的链路，在硬件上就是增加并行收发的LoRa模块的数量。

目前LoRa多通道的通信应用不少，但LoRa技术领域中仍缺少在通道即时动态扩展方面的相关产品，目前没有相关技术来描述在主板带电工作的情况下可以随时从总线上扩展、管理和卸载LoRa扩展模块，实现多通道动态配置和动态扩展，也没有找到关于LoRa多通道扩展模块可插拔或即插即用的描述。

发明内容

针对工作条件具有高数据量、全天候和实时性的情况，基站、中继或终端系统不能为配置多通道或维护故障LoRa模块关闭主板电源。系统主板带电工作的情况下仍应该能随时从总线上扩展、管理及卸载LoRa多通道，并且扩展和配置方式应方便快捷。

本发明中一种基于可插拔模块的LoRa多通道通信扩展方法，就是采用主板CPU对多个可插拔模块MCU进行控制和数据传输的功能。包含MCU的LoRa扩展卡方便定制软件协议，缩短了开发时间并降低了开发难度。

可插拔模块采用带有金手指的PCB扩展卡形式，包含嵌入式MCU、LoRa通信芯片和电源管理模块、指示灯，扩展卡由主板供电并采用UART与主板UART以串口透传方式进行通信，扩展卡包含了CD(Card Detect卡存在检测)引脚来检测卡的插拔，控制IO引脚与MCU交互定制控制扩展卡功能。由于主板CPU和LoRa扩展卡的UART通信速率远高于LoRa传输速率，CPU通过查询扩展卡状态IO口电平来保证扩展卡处于空闲状态再进行透传数据交互。主板CPU通过UART、CD管脚和状态IO实时监测扩展卡状态。

LoRa扩展卡具有热插拔保护电路，通过设计金手指的长度设计确保电源及信号按照顺序上电，使用时直接插入主板扩展插槽。

在软件上采用智能多通道感知及接入协议，主板CPU在初始化各串口，分配并初始化临时缓冲区后，当有LoRa扩展卡插入主板扩展槽上电时，主板自动感知及初始化的过程包含以下步骤：

步骤(1)：主板CPU扫描GPIO状态时发现对应扩展插槽的CD管脚被扩展卡拉低，由此检测到卡插入；LoRa扩展卡包含MCU，正常上电后会定时通过串口发送组网职能、ID号、信道、位速率及卡自检位数据帧，CPU开启总线上的UART端口中断，等待稳定读取到端口发来的完整一帧数据后保存并解析，判断接收到正确的数据信息后确定该串口端口设备类型为LoRa扩展卡；