433MHz無線遙控模塊-LoRa擴頻高頻解析

APC340APCMHz/470MHz無線遙控模塊LoRa 擴頻 APC340模塊是高度集成低功耗無線遙控模塊，其嵌入高速低功耗單片機和高性能擴頻射頻芯片SX127X ，創(chuàng)新的采用高效的循環(huán)交織糾檢錯編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，APC340模塊提供了多個頻道的選擇，可在線修改串口速率，收發(fā)頻率，發(fā)射功率，射頻速率等各種參數(shù)。APC340模塊工作電壓為2.1-3.6V ，可定制3.5-5.5V 工作電壓，在接收狀態(tài)下僅消耗13mA 。APC340模塊四種工作模式，各模式之間可任意切換，在1SEC 周期輪詢喚醒省電模式(Pollingmode 下，接收僅僅消耗幾十uA ，一節(jié)3.6V/3.6AH時的鋰亞電池可工作數(shù)年，非常適合電池供電的系統(tǒng)。應用： 無線水氣熱表抄表無線控制系統(tǒng)集裝箱信息管理無線自動化數(shù)據(jù)采集野外數(shù)據(jù)遙控、遙測各種變送器，流量計智能儀表樓宇小區(qū)自動化與安防礦山石油設(shè)備控制通訊APC340環(huán)境、節(jié)能、溫度監(jiān)測電氣電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測特點：3000米傳輸距離(0.81Kbps頻率410-440MHz ，或868MHz ，915MHz -132dBm810bps高靈敏度100mW 發(fā)射功率(可設(shè)置 多頻道可設(shè)，雙256Bytes 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)零等待喚醒，具有空中喚醒功能高效的循環(huán)交織糾錯編碼四種工作模式，待機電流2.5uA 內(nèi)置看門狗APC340模塊是新一代的多通道嵌入式無線數(shù)傳模塊，可設(shè)置多個頻道，步進為1KHz ，發(fā)射功率最大100mW ，體積32.1mm x 18.3mm x 6.0mm ，很方便客戶嵌入系統(tǒng)之內(nèi)，APC340模塊具有較低的功耗，非常適合于電池供電系統(tǒng)。APC340模塊采用了擴頻調(diào)制和高效的糾錯編碼，其編碼增益較傳統(tǒng)的調(diào)制方式(如FSK ，GFSK 以及PSK 高出近10dBm ，抗突發(fā)干擾和靈敏度都較大的改善。同時編碼也包含可靠檢錯能力，能夠自動濾除錯誤及虛假信息，真正實現(xiàn)了透明的連接，在同等的發(fā)射功率下是傳統(tǒng)的模塊近一倍的距離。所以APC340模塊適合于惡劣環(huán)境或?qū)嚯x有要求的場合。APC340模塊內(nèi)設(shè)雙256Bytes 大容量緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)為空的狀態(tài)下，用戶可以1次傳輸256Bytes 的數(shù)據(jù)，當設(shè)置空中波特率大于串口波特率時，可1次傳輸無限長度的數(shù)據(jù)，同時APC340模塊提供標準的UART/TTL接口，1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600bps七種速率，和三種接口校驗方式。APC340模塊外部接口采用透明數(shù)據(jù)傳輸傳輸方式，能適應標準或非標準的用戶協(xié)議，所收的數(shù)據(jù)就是所發(fā)的數(shù)據(jù)。設(shè)置模塊采用串口設(shè)置模塊參數(shù)，具有豐富便捷的軟件編程設(shè)置選項，包括頻點，空中速率，以及串口速率，校驗方式，等都可設(shè)置，設(shè)置方式有二種方式，一是通過本公司提供的設(shè)置軟件RF-Magic 利用PC 串口即可，二是動態(tài)在線設(shè)置，用串口發(fā)命令動態(tài)修改，具體方法參見APC340模塊的參數(shù)設(shè)置章節(jié)。引腳定義：APC340模塊共有9個接腳，具體定義如下表： 表一APC340引腳定義表 產(chǎn)品尺寸：圖一產(chǎn)品尺寸圖工作模式：典型的無線收發(fā)機編碼如下圖。PREAMBLE(前導碼 SYNCWORD (同步碼 DATA +CRC with FEC (數(shù)據(jù)+CRC 檢錯具有前向糾錯前導碼的作用是使目的接收機時鐘與發(fā)射機同步，正常模式下前導碼長度一般為8符號位即可，如工作在省電模式時序下，前導碼還有喚醒接收機的功能，此時發(fā)射機必須發(fā)送較長的前導碼將省電模式下的接收機喚醒進入正常的工作狀態(tài)。如設(shè)置接收機1秒鐘喚醒一次，那么接收機每間隔1秒鐘喚醒一次搜索前導碼(tw，持續(xù)長度一般為不到2個符號位。而發(fā)射機首先發(fā)射1秒以上的前導碼再發(fā)射后面得同步碼等，這意味著接收機在喚醒的周期，只要信道中發(fā)現(xiàn)前導碼，在正常情況下都能夠可成功檢測到并喚醒接收，示意圖見圖四。APC340有四種工作模式，分別為：1）正常模式，2）喚醒模式，3）省電模式，4）休眠模式，這四種工作模式是由SET_A和SET_B的電平?jīng)Q定的。一）正常模式(模式1 ：SET_A=0，SET_B=0。A ）發(fā)送：當模塊RXD 腳輸入第一個字節(jié)后，模塊置低AUX ，并且開始判斷SET_B的電平，RXD 腳接收完最后一個字節(jié)后，等待2-3Bytes 時間，如沒有數(shù)據(jù)輸入，則模塊置高AUX 腳并切換到發(fā)射狀態(tài)，然后發(fā)送前導碼，同步碼和數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束后，并根據(jù)SET_A和SET_B的電平轉(zhuǎn)入相應的狀態(tài)狀態(tài)。處于該模式下模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時并沒有發(fā)送較長的前導碼，所以要求接收方必須處于模式1或模式2，即持續(xù)接收狀態(tài)。B ）接收：串口打開，模塊處于持續(xù)接收狀態(tài)，如模塊從當前信道中接收到數(shù)據(jù)后，經(jīng)過解交織糾錯檢錯確認數(shù)據(jù)無誤時，置低AUX 并立刻從串口輸出數(shù)據(jù)，串口發(fā)送結(jié)束后重新置高AUX 。正常模式收發(fā)時序，請參見圖二。 圖二：正常模式收發(fā)時序圖有些情況，用戶需要連續(xù)多包無線發(fā)射，空中盡量少得間隔，這時可以利用AUX 腳，當RXD 腳接收到數(shù)據(jù)后AUX 腳會變低，在開始發(fā)射時AUX 重新變高，此時用戶可以再次通過RXD 腳發(fā)送第二包數(shù)據(jù)，模塊會在無線發(fā)送第一包數(shù)據(jù)之后，不會等待2-3Bytes 時間，而是立刻將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)走，時序見圖三。 圖三：正常模式持續(xù)多包發(fā)射時序圖二）喚醒模式(模式2 ：SET_A=0，SET_B=1。A ）發(fā)送：當模塊RXD 腳輸入第一個字節(jié)后，模塊置低AUX ，并且開始判斷SET_B的電平，RXD 腳接收完最后一個字節(jié)后，等待2-3Bytes 時間，如沒有數(shù)據(jù)輸入，則模塊置高AUX 腳并切換到發(fā)射狀態(tài)，然后發(fā)送前導碼長度為一個喚醒周期(如1秒 加上同步碼等，發(fā)送結(jié)束后根據(jù)SET_A和SET_B的電平轉(zhuǎn)入相應的狀態(tài)，發(fā)射示意圖見圖四。處于該模式下模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)送了較長的前導碼，所以接收方處于模式1，模式2或模式3均能夠接收到數(shù)據(jù)。B ）接收：串口打開，模塊處于持續(xù)接收狀態(tài)，如模塊從當前信道中接收到數(shù)據(jù)后，經(jīng)過解交織糾錯檢錯確認數(shù)據(jù)無誤時，置低AUX 并立刻從串口輸出數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束后重新置高AUX 。與模式1不同的是模塊在模式2狀態(tài)下接收時，每當接收到一包數(shù)據(jù)都會在數(shù)據(jù)的最后補上一個字節(jié)接收場強(RSSI，詳細說明見應用方式章節(jié)。三）省電模式(模式3 ：SET_A=1，SET_B=0。串口處于關(guān)閉狀態(tài)，接收機在一個喚醒周期(如1秒 后打開并搜索信道中是否有前導碼，如沒有則立刻休眠狀態(tài)等待下一個喚醒周期再被喚醒，如有前導碼則繼續(xù)接收，同時監(jiān)控前導碼并等待同步碼到來后，將數(shù)據(jù)接收下來。經(jīng)過解交織糾錯檢錯確認數(shù)據(jù)無誤時，置低AUX 以喚醒下位機，等待5ms 后打開串口并輸出數(shù)據(jù)。串口輸出結(jié)束后，關(guān)閉串口，置高AUX ，如模式設(shè)置沒有改變則再次進入立刻休眠狀態(tài)等待下一個喚醒周期。該模式的接收示意圖見圖四。 圖四：發(fā)射處于模式2狀態(tài)，接收處于模式3狀態(tài)示意圖四）休眠模式(模式4 ：SET_A=1，SET_B=1。串口處于關(guān)閉狀態(tài)，對外接口電平保持，模塊處于休眠狀態(tài)。此模式下，模塊的射頻電路，CPU 主時鐘與外設(shè)均被軟件關(guān)閉，但watchdog 和低頻時鐘仍在工作，并周期喚醒CPU 極短的時間，以便清除watchdog 定時器和檢查模塊狀態(tài)，這種模式下平均耗電僅僅約2.5uA 。此外，模塊的設(shè)置是休眠模式完成的，具體過程見參數(shù)設(shè)置的章節(jié)。應用方式：APC340模塊的四種模式是通過SET_A，SET_B的高低電平轉(zhuǎn)換的，四種模式可以任意轉(zhuǎn)換，模塊與下位機的連接圖見圖五。APC340的SET_A和SET_B有弱上拉電阻，但在正常工作時不能懸空，必須有明確的電平，否則可能造成模塊工作不穩(wěn)定。用戶的上位機可以直接與APC340相連，但是一定要注意接口電平必須與APC340相近，一般不要誤差超過0.3V ，否則會導致有較大的灌電流或拉電流。比如APC340的供電是3.3V ，那么用戶的MCU 供電應該在3.0-3.6V 范圍內(nèi)。 圖五：模塊與下位機的連接圖APC340休眠模式是通過用軟件方式實現(xiàn)的，休眠時模塊的接口均保持相應的電平，并且能快速切換各種狀態(tài)，從休眠至喚醒僅僅需要20uS ，這意味模塊在休眠狀態(tài)時，置低SET_A腳后20uS 就可以通過UART 口輸入數(shù)據(jù)至模塊。需注意的是模塊在接收或發(fā)送過程中，即使設(shè)置模塊至模式3或4，模塊也要將接收或發(fā)送過程執(zhí)行完畢再進入省電模式或休眠模式，利用這個特點，當模塊處于模式3或模塊4狀態(tài)，用戶在置低SET_A腳使模塊喚醒并通過RXD 輸入數(shù)據(jù)，模塊在接收到第一個字節(jié)后，立刻將AUX 置低（見圖二），并且判斷SET_B腳的電平，若高則在發(fā)射數(shù)據(jù)前發(fā)送較長的前導碼用于喚醒對方的接收機，若低發(fā)送正常的前導碼。用戶如需在發(fā)射后將模塊休眠，可在AUX 為低后，置高SET_A腳休眠，而不必等到模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)送完畢，模塊在數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后會自動檢測SET_A腳，如為高則立刻進入休眠狀態(tài)。APC340模塊具有收發(fā)2個256Bytes 緩沖區(qū)，APC340模塊在UART 口接收到數(shù)據(jù)后，兩個條件將促使APC340模塊開始無線發(fā)送數(shù)據(jù)：一）RXD 腳收到數(shù)據(jù)后，等待2-3個字節(jié)的時間都沒有收到數(shù)據(jù)，例如用9600bps 的串口波特率，2-3個字節(jié)的時間大約為2-3ms ，二）RXD 腳收到的數(shù)據(jù)大與或等于99個字節(jié)（用戶可定制字節(jié)長度），此時APC340模塊會將接收緩沖器的99字節(jié)的數(shù)據(jù)立刻編碼發(fā)送，此時RXD 腳依然可以接收串口數(shù)據(jù)。99字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，如接收緩沖器里有數(shù)據(jù)，APC340模塊不管有多少數(shù)據(jù)，會將余下的數(shù)據(jù)一起發(fā)送。如前文所述，在APC340發(fā)送數(shù)據(jù)時，SET_A是為低電平的，SET_B的電平?jīng)Q定了是否發(fā)送較長的前導碼用于喚醒對方的接收機。在正常接收時，SET_A是為低電平的，而SET_B的電平?jīng)Q定決定是否輸出場強，如果SET_B為低，模塊正常接收，如SET_B為高，模塊將在輸出的每一包數(shù)據(jù)后增加一個字節(jié)的場強信息，場強的表示為：RSSI dBm=-137+RSSI_value需特別注意的是，APC340模塊對于較大的數(shù)據(jù)是切包發(fā)送的，如接收端輸出場強，則會在每個小包后加一個場強字節(jié)。在電池供電的電路中，正?？蓪哪K(如水氣表 設(shè)置在模式3上，當主模塊(如采集器或收抄機 在模式2下發(fā)送數(shù)據(jù)，從模塊喚醒后接收數(shù)據(jù)，完成后利用AUX 腳將下位機MCU 喚醒，再將數(shù)據(jù)輸出，MCU 接收到數(shù)據(jù)后，可將從模塊切換至模式1，應答主模塊。如主模塊收到應答后也可被切換至模式1，這時主從模塊均處于正常模式下，可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。如主模塊收到應答后，后續(xù)無數(shù)據(jù)交換可將從機再次切換至模式3處于省電模式下，等待下一次的喚醒，而主模塊可以切換至模式4休眠狀態(tài)。因為省電是通過周期性喚醒休眠再喚醒實現(xiàn)的，所以在省電模式下的功耗與喚醒周期和每次喚醒搜索前導碼的時間(tw，以及休眠的靜態(tài)功耗有關(guān)。喚醒周期用戶可以在線設(shè)置范圍是50ms 至5s. 每次搜索前導碼時間與射頻傳輸?shù)乃俾视嘘P(guān)，射頻傳輸?shù)乃俾室彩强稍O(shè)的，在4.56Kbps 速率的速率下喚醒搜索前導碼時間平均約為2.1ms 。在省電模式下電池的使用壽命可以通過以下公式算出：使用壽命=電池容量mAH(搜索前導碼時間/(喚醒周期+搜索前導碼時間*接收電流+休眠電流例如：電池是3.6V/3.6AHER18505鋰亞離子電池，APC340接收電流為13mA ，休眠電流2.5uA 。射頻傳輸速率4.56Kbps ，喚醒周期為1SEC ，那么電池使用壽命是：=3600mAH (2.1ms/(1000ms+2.1ms*13.0mA+0.0025mAHour 13.81Year 考慮到電池的自放電，不同電流下的容量差異，溫度以及客戶端MCU 的休眠功耗和正常的使用，1節(jié)3.6V/3.6AHER18505鋰亞離子電池正常情況下有超過幾年的使用壽命。這里要注意，鋰亞離子電池雖然有自放電比較低，容量大等優(yōu)點，但是一般的鋰亞離子電池都有鈍化現(xiàn)象，表現(xiàn)為在小電流下放電下內(nèi)阻會逐漸增大，所以必要時需并聯(lián)低泄漏電流的超級電容(super capacitor 如0.47F/5V，以降低內(nèi)阻，提高瞬間供電能力。省電模式的工作方式非常適合水氣熱表抄表，集裝箱信息管理，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等使用不是太頻繁但要求用電池長期工作的場合。參數(shù)設(shè)置：APC340模塊使用相當?shù)撵`活，可以根據(jù)用戶的需求設(shè)置不同的選項。圖六：RF-Magic 設(shè)置軟件用戶可以對串口參數(shù)，串口效驗，收發(fā)頻率，空中速率，輸出功率進行設(shè)置，設(shè)置的方法有二種方式。一是本公司開發(fā)設(shè)置收發(fā)模塊的軟件RF-Magic 見圖六，通過PC 修改。用RF-Magic 軟件設(shè)置是通過模塊的UART/TTL口完成的(4，5PIN ，所以必須接UART/TTLto RS232接口轉(zhuǎn)換板在連接到PC 完成設(shè)置，或使無線速率收發(fā)頻率無線功率串口校驗串口速率設(shè)置串口寫操作讀操作狀態(tài)欄軟件說明喚醒周期發(fā)射長度空中延時用本公司提供的串口轉(zhuǎn)換板和USB 轉(zhuǎn)換板，見圖七。設(shè)置方法是，首先連接好通訊線，打開RF-Magic 打開軟件，然后打開模塊電源，最后插入模塊到測試板，此時，軟件的狀態(tài)欄應顯示Found Device(發(fā)現(xiàn)模塊 ，這時就可以進行相應的讀寫操作。 圖七：軟件設(shè)置接線圖二是通過在線進行修改。在線軟件設(shè)置也是通過模塊的UART/TTL口完成的(4，5PIN 完成的。當模塊上電500ms 后，模塊即可正常工作。設(shè)置時，首先應將模塊其他模式(如模式1，2，3 切換至模式4，APC340模塊進入休眠模式，約10ms 后，可以進行設(shè)置。當串口的輸入口(RXD輸入設(shè)置命令后能將模塊重新喚醒，此時無論UART 口是何狀態(tài)，模塊自動將UART 口轉(zhuǎn)變?yōu)?600bps ，無效驗模式。設(shè)置命令如正確則應答響應命令，此后模塊自動復位重新初始化，500ms 后模塊即可在設(shè)置的參數(shù)上運行。如果輸入設(shè)置命令有誤，模塊將不做任何應答，但仍能引起一次復位和重新初始化，用戶可以利用特點，在模塊長期休眠后或需要重新啟動時復位模塊。APC340設(shè)置采用HEX 碼，波特率為9600，無效驗模式，設(shè)置命令有二條，格式如下：1 讀設(shè)置命令：0xFF ，0x56，0xAE ，0x35，0xA9，0x55，0xF0。應答：0x24，模塊型號，版本號，頻率，空中速率，發(fā)射功率，串口速率，串口效驗，喚醒時間。2 寫設(shè)置命令：0xFF ，0x56，0xAE ，0x35，0xA9，0x55，0x90頻率，空中速率，發(fā)射功率，串口速率，串口效驗，喚醒時間應答：0x24，模塊型號，版本號，頻率，空中速率，發(fā)射功率，串口速率，串口效驗，喚醒時間其中參數(shù)表示用HEX 表示，方法如表二： 如將模塊設(shè)置為，頻率433.92MHz ，空中速率4.56K bps ，發(fā)射功率100mW ，串口速率9600bps ，無效驗，喚醒時間1S 。寫設(shè)置為：0xFF ，0x56，0xAE ，0x35，0xA9，0x55，0x90，0x06，0x9F ，0x00，0x03，0x07，0x03，0x00，0x05應答：0x24，0x0a ，0x01，0x06，0x9F ，0x00，0x03，0x07，0x03，0x00，0x05APC340技術(shù)指標： APC340模塊的注意的問題：考慮到空中傳輸?shù)膹碗s性，無線數(shù)據(jù)傳輸方式固有的一些特點，應考慮以下幾個問題。1）APC340模塊的組網(wǎng)應用APC340的通信信道是半雙工的，可以完成