433MHz無線遙控模塊LoRa擴頻高頻

1、APC340APPCONTECHNOLOGIESAPC340433MHz/470MHz無線遙控模塊LoRa擴頻射頻IC Si4463Si4432Si4438SX1278SX1212笫3頁共15頁2014-02-10型號 APC320 APC250 APC330 APC340 APC240APC340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。APC340模塊工作電壓為2.1-3.6V,可定

2、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(Polling mode)下.接收僅僅消耗幾十uA一節(jié)3.6X73.6AH 時的鋰亞電池可工作數年，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據釆集野外數據遙控、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備控制通訊APC340環(huán)境、節(jié)能、溫度監(jiān)測電氣電力設備狀態(tài)監(jiān)測特點* 3000米傳輸距離（0.81Kbps） 頻率410-440MHZ,或868MHz 915MHz -132dBm810bps

3、 高靈敏度 1 OOmW發(fā)射功率（可設置）多頻道可設.雙256Bytes數據緩沖區(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內置看門狗APC340模塊是新一代的多通道嵌入式無線數傳模塊.可設置多個頻道步 進為lKHz發(fā)射功率最大lOOrnW,體積32.1mm x 18.3mm x 6.0mm很方便客八 嵌入系統(tǒng)之內.APC340模塊具有較低的功耗.非常適合于電池供電系統(tǒng)。APC340模塊采用了擴頻調制和高效的糾錯編碼其編碼增益較傳統(tǒng)的調制 方式（如FSK GFSK以及PSK）高岀近lOdBm,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.

4、能夠自動濾除錯誤及虛假信息.真正實現了透明 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)境或對距離有要求的場合。APC340模塊內設雙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的數據.當設置空中波特率大于串口波特率時，可1次傳 輸無限長度的數據.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據傳輸傳輸方式.能適應標準或非標準的用戶 協(xié)議.所收的數據就是所發(fā)的

5、數據。設置模塊采用串口設置模塊參數.具有豐富便捷的軟件編程設置選項.包括APPCONf TECHNOLOGIESAPC340頻點，空中速率，以及串口速率.校驗方式，等都可設置.設置方式有二種方 式.一是通過本公司提供的設置軟件RF-Magic利用PC串口即可.二是動態(tài)在 線設置.用串口發(fā)命令動態(tài)修改.具體方法參見APC340模塊的參數設置章節(jié)。引腳定義：APC340模塊共有9個接腳.具體定義如下表:APC340引腳定義引腳定義方向說明1GND地0V2VCC3.55.5V可定制2.13.6V3SET_A輸入（有弱上拉）參數設置A上拉電阻約47K4RXD輸入（有弱上拉）UART輸入口. TTL電平

6、，上拉電阻約47K5TXD輸岀UART輸出口，TTL電平6AUX輸岀數據輸入輸出指示7SET_B輸入（極弱上拉）參數設置B上拉電阻約10M8NC接地或懸空9NC接地或懸空表一 APC340引腳定義表節(jié)11頁共15頁2014-02-10產品尺寸:32.1mm2.54mm8pin29.4mm =ANT2.3mm圖一產品尺寸圖工作模式：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（數據+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

7、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_E的電平決定的。一）正常模式（模式 1）： SET_A = 0 , SET_B = 0。A）發(fā)

8、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23Bytes時間，如沒有數據 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，同步碼和數據. 發(fā)送結束后.并根據SET_A和SET_B的電平轉入相應的狀態(tài)狀態(tài)。處于該模式下模塊發(fā)送數據時并沒有發(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 數據后.經過解交織糾錯檢錯確認數據無誤時.置低AUX并立刻從串口輸出數 據.串口發(fā)送結束后重新置高AUX。正常模式收發(fā)時序.請參見圖二。TRx

9、ProcessingRXD PINI UH 11RF DATARF receive(noise)RF transsitteRF receive(noise)AUX PIN1-RF DATARF receive(noise)RF receiveRF receive(noise)TXD PXNllllllll II 1 1 1 1 1AUX PINJ1 byte丁-tdUART RXD INPUT DELAY 2-3bytcRF TRANSMITUART TXD OUTPUT圖二：正常模式收發(fā)時序圖有些情況.用戶需耍連續(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腳接收到數據后

10、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)送第二包數據模塊會存無線發(fā)送第一包數據之 后.不會等待2-3Bytes時間.而是立刻將緩沖區(qū)的數據發(fā)走.時序見圖三。Continuous TransmissionFirst package Second package Third package Fourth packageRXDPIN 1 | | | | | | |門 | | | | |1 | | | | | |1 | | | | | | |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 = 0SET_E = 1。A）發(fā)送：當模塊RXD腳輸入第

11、一個字節(jié)后，模塊置低AUX.并且開始判斷 SET_E的電平.RXD腳接收完最后一個字節(jié)后.等待2-3Bytes時間.如沒有數據 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)送結束后根據SET_A和SET_E的電平轉入相應的狀 態(tài).發(fā)射示意圖見圖四。處于該模式下模塊發(fā)送數據時發(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均能夠接收到數據.E）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 數據后，經過解交織糾錯檢錯確認數據無誤時，置低AUX并立刻從串口輸出數 據.發(fā)送結束后重新置高AUX。與模式1不同的是模塊在模式2

12、狀態(tài)下接收時. 每當接收到一包數據都會在數據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 =1SET_B = 0。串口處于關閉狀態(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.將數據接收下來。經過解交織糾錯檢錯確認數據無誤時.置低AUX以喚醒下位機，等待5ms后打開串口并輸出 數據。串口輸岀結束后.關閉串口.置高AUX如模式設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。RXDP

13、INTransmitter work in mode 2AUXPINIDLEIDLEPREAMBLESYNCWORDDATA CRC(with FEC)lByt2Bytes 1 SEC +40bit UART INPUTwakeupReceiver work in mode 3wakeup nwakeup n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 =1SET_B = 1。串口處于關閉狀態(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主時鐘與外設均被軟件關閉.但watchdog和低頻時鐘仍在工 作.并周期喚醒CPU極短的時間.

14、以便清除watchdog定時器和檢査模塊狀態(tài)這 種模式下平均耗電僅僅約2.5UA。此外.模塊的設置是休眠模式完成的.具體過程見參數設置的章節(jié)應用方式：APC340模塊的四種模式是通過SET_A SET_B的高低電平轉換的.四種模 式可以任意轉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0.3,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

15、在3.0-3.6V范圍內。GPIOTXD -9tRXDEXTINT 04GPIOMCU丄 vcc ：gnd V Q VCCAntennaX SET_A RXD Q TXD AUXSET BMODULE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口輸入數據至模塊。需注意的是模塊在接收或發(fā)送過程中.即使設置模塊至模式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

16、模塊4狀態(tài).用戶在置低SET_A腳使模塊喚醒并通過RXD輸入數據. 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_E腳的 電平，若高則在發(fā)射數據前發(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據無線發(fā)送完畢，模塊在數據發(fā)送結束后會自動檢 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 據后，兩個條件將促使APC340模塊開始無線發(fā)送數據：一）RXD腳收到數據后, 等待23個字節(jié)的時間都

17、沒有收到數據.例如用9600bps的串口波特率.23個字節(jié) 的時間大約為23ms,二）RXD腳收到的數據大與或等于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)的數據立刻編碼發(fā)送. 此時RXD腳依然可以接收串口數據。99宇節(jié)的數據發(fā)送結束后.如接收緩沖器里 有數據.APC340模塊不管有多少數據.會將余下的數據一起發(fā)送。如前文所述，在APC340發(fā)送數據時，SET_A是為低電平的，SET_B的電平 決定了是否發(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的電平決定決定是否輸出場 強，如果SET_B為低，模塊正常接收，如S

18、ET_B為高，模塊將在輸出的每一包數 據后增加一個字節(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模塊對于較大的數據是切包發(fā)送的.如接收端輸 岀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.正常可將從模塊（如水氣表）設置在模式3上，當主模 塊（如采集器或收抄機）在模式2下發(fā)送數據.從模塊喚醒后接收數據.完成后利 用AUX腳將下位機MCU喚醒.再將數據輸出.MCU接收到數據后.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.可以實現高速數據傳輸.如主模塊收到應答后

19、.后續(xù)無 數據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。喚醒 周期用戶可以在線設置范圍是50ms至5s.每次搜索前導碼時間與射頻傳輸的速 率有關.射頻傳輸的速率也是可設的，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岀：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）尸接收電流+休眠電流例如：電池是3.6V/3.6

20、AH ER18505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:a 121037Houi- 13.81Year3600mAH(2. lms/( 1000ms+2.1 ins)* 13.0111A+ 0.0025111A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象.表現為在小電流下放電下內阻會

21、逐 漸增大，所以必耍時需并聯低泄漏電流的超級電(supercapacitor)如0.47F/5V. 以降低內阻.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，數據采集 系統(tǒng)等使用不是太頻繁但要求用電池長期工作的場合.參數設置:圖六：RF-Magic設置軟件用戶可以對串口參數.串口效驗.收發(fā)頻率.空中速率.輸岀功率進行設 置，設置的方法有二種方式。一是本公司開發(fā)設置收發(fā)模塊的軟件RF-Magic見圖 六.通過PC修改。用RF-Magic軟件設置是通過模塊的UART/TTL口完成的(4 5PIN).所以必須接UART/TTL to RS232接口轉換板在連接到PC完成設

22、置.或使用本公司提供的串口轉換板和USB轉換板.見圖七。設置方法是，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FoundDevice（發(fā)現模塊）.這時就可以進行相應的讀寫 操作。PC圖七：軟件設置接線圖二是通過在線進行修改。在線軟件設置也是通過模塊的UART/TTL口完成 的（45PIN）完成的。當模塊上電500ms后模塊即可正常工作。設置時.首先應 將模塊其他模式（如模式1,23）切換至模式4.APC340模塊進入休眠模式，約10ms 后.可以進行設置。當串口的輸入口（RXD）輸入設置命令后能將模塊重新喚醒. 此時無論U

23、ART口是何狀態(tài).模塊口動將UART口轉變?yōu)?600bps.無效駒模式 設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 即可在設置的參數上運行。如果輸入設置命令有誤，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設置采用HEX碼，波特率為9600,無效驗模式，設置命令有二條， 格式如下：1）讀設置命令：0xFF 0x56 OxAE Ox35 0xA9. Ox55 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.喚薩時間。2）寫設置命令：OxF

24、F 0x56 0xAE Ox35 0xA9, 0x55, 0x90頻率.空中速APPCONf TECHNOLOGIESAPC340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9串口速率.串口效驗.喚醒時間其中參數表示用HEX表示，方法如表二:參數表示方法參數字節(jié)數說明模塊型號1APC340模塊型號代碼為十進制的14,模塊型號固化在FLAS H內不可設置版本號1當前版本.范圍0255扳本號固化在FLASH內不口J*設置頻率3單位KHz.如433.920MHz用表示為0x06. 0x9F 0x00空中速率10.81K 1.46K, 2.6K 4

25、.56K 9.11K 1&23Kbps表示為0x00.0x01 0x02 0x03, 0x04, 0x05發(fā)射功率10至7。表不為0x00至0x07。設置每增加1發(fā)射功率增加 約3dBm最大設置為7發(fā)射功率約為20dBm串口速率11200. 2400, 4800, 9600, 19200, 38400. 57600, 115200bps 表 75 為 0x00. 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06. 0x07串口效驗10x00為無效驗.0x01為奇校驗.0x02為偶校驗喚醒時間150ms 100ms, 200ms 400ms 600ms Is. 1.5s 2s 2.5s

26、3s4s5s表不為0x00至OxOb表二模塊的參數設置表如將模塊設置為，頻率433.92MHz,空中速率4.56Kbps,發(fā)射功率100mW 串口速率9600bps.無效驗.喚醒時間1S。寫設置為：OxFF 0x56 0xAE 0x35 0xA9 0x55 0x90 0x06 0x9F. 0x00.0x03. 0x07. 0x03, 0x00 0x05應答:0x24 OxOa. 0x01 0x06 0x9F 0x00 0x03 0x07 0x03 0x00 0x05APC340技術指標:APC340技術指標（測試條件：3.3V, 25C5C）工作頻率410-440MHZ 855-885 MHz

27、 900 -930 MHz頻率步進1KHZ設置步進調制方式擴頻調制發(fā)射功率100mW3.3V(078級可調.每級遞增3dBm.最大lOOmW)接收靈敏度 132dBm0.81Kbps.11&5dBm18.23K bps空中傳輸速率/（占 用帶寬）0.81K/(BW125K)1.46K/(BW125K) 2.6K/(BW125K)4.56K/(BW125K), 9.11K(BW25OK) 1&23K/(BW500K)接口速率1200- 115200bps接口效驗方式8N1/8E1/801接口緩沖空間雙256Bytes工作濕度10%90% （無冷凝）工作溫度-30C 85*C電源2.1 -3.6V

28、可定制3.5-5.5V發(fā)射電流（典型值）100mA 1 OOmW諧波抑制小于等于 1GHz： -36dBm 大于 1GHz： -30dBm持續(xù)接收電流VS 接收速率（典型值）13mA4.56Kbps 15mA 18.23Kbps休眠電流2.5uA3.3V(典型值).最大4.0uA喚醒搜索前導碼時間（tw）14.6ms0.81 Kbps 7.3msl.d6Kbps 38ms26Kbps ,2.1 ms4.56Kbps, 1.2ms9.11Kbps 0.7msl & 23Kbps傳輸距離3000米0.81Kbps2000米9.1 IK bps.(開闊地可視距離)設置擦寫次數300K尺寸32.1niiii x 18.3nmi x 6.0nini天線口阻抗50歐姆表三APC340技術指標APC340模塊的注意的問題：考慮到空中傳輸的復雜性.無線數據傳輸方式固有的一些特點，應考慮以 下幾個問題。節(jié)15頁共15頁2014-02-10APPCONFA TECHNOLOGIES1）APC340模塊的組網應用APC340的通信信道是半雙工的可以完成一點對一點一點對多點的通訊。