CN106788560A - 一种基于sx1278的数传电台 - Google Patents

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郑建生
左小普
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    • H04B1/52—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa
    • H04B1/525—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa with means for reducing leakage of transmitter signal into the receiver

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于SX1278的数传电台，包括电源模块，依次相连的吸盘天线、功放模块、收发模块和MCU（microcontroller Unit）；电源模块分别与功放模块、收发模块、MCU连接。本发明是一种低功耗、超远距离的数传电台，可以实现超远距离数据的收发，有着灵敏度高、传输距离远、功耗低、误码率低、体积小、集成度高、成本低廉等特点。

Description

一种基于SX1278的数传电台
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于SX1278的数传电台。
背景技术
近几年，无线通信技术的发展迅速，电台的发展更显得尤为突出。伴随着工业化的进程逐步加快，无线电台在各个领域得到了广泛的应用与发展，并扮演着越来越重要的角色。电台主要负责信息的发射与接收，以实现系统的通信，电台的结构和性能将直接影响着整个通信系统的好坏，所以，电台在通信中的具有特殊作用。低功耗、低误码率、远传输距离的数传电台已成为国内外射频工程师研究的重点和难点。因此，积极地展开高性能数传电台的相关研究是很有必要的。目前，大部分数传电台都是短距离内的通信，而远距离的通信比较少见，本发明基于SX1278芯片可以实现15Km范围内通信并具有低功耗、低误码、抗干扰等特性的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种低功耗、超远距离数传电台模块，可以实现超远距离数据的接收和发射，有着灵敏度高、传输距离远、误码率低、体积小、功耗低、集成度高、成本低廉等特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于SX1278的数传电台，包括电源模块，依次连接的吸盘天线、功放模块、收发模块、MCU；电源模块分别与功放模块、收发模块、MCU连接；
所述MCU包括单片机和接口电路，所述接口电路用于单片机写程序及控制收发模块；
所述收发模块进行信号的收发、调制与解调；收发模块采用芯片SX1278，SX1278采用LoRa远程调制解调器，MCU通过SX1278的SPI接口进行SX1278内寄存器的配置和数据的接收、发送；
信号的接收过程包括：信号经吸盘天线接收，通过功放模块提高信号灵敏度，MCU控制收发模块处理后在上位机显示接收信息；信号的发射过程包括：通过MCU控制收发模块中的寄存器输出频率及带宽，经功放模块提高信号发射功率，使得信号发射距离更远。
所述SX1278接收的射频信号首先通过低噪声放大器LNA放大，LNA输入为单端形式；之后信号被转换到差分形式，以改善第二级线性和谐波抑制；然后信号被下变频到中频IF输出同相正交I&Q信号，最后由一对模数转换器ADC进行数据转换，所有信号处理和解调均在数字领域进行。
所述电源模块包括变压芯片，变压芯片采用5V直流供电，其中，功放模块、收发模块与MCU采用变压芯片将5V电压转为3.6V电压后供电。
所述功放模块包括功放芯片，功放芯片采用SKYWORKS公司的SKY65377-21。
所述变压芯片的型号AMS1084。
所述MCU采用意法半导体的STM8S105。
本发明的有益效果是：
1、可以同时进行数据的接收和发送，并且数据传输距离较远。
2、可以实现通信频率、带宽、扩频因子可调。
3、具有强抗干扰性、功耗低，误码率低、灵敏度高、价格低廉等特点。
附图说明
图1是本发明的一种实施方式的整体框图；
图2是本发明SX1278原理图；
图3是本发明的一种实施方式的MCU与SX1278连接图。
具体实施方式
本发明采用的技术方案是：
一种基于SX1278的数传电台，包括电源模块以及依次相连的吸盘天线、功放模块、收发模块和MCU(microcontroller Unit)；电源模块分别与功放模块、收发模块、MCU连接。
所述功放模块与吸盘天线连接，采用3.6V直流电压供电，在发射过程中加大发射信号功率使信号传输距离更远，在接收过程中提高接收信号的灵敏度。
所述电源模块采用5V直流供电，其中，功放模块、收发模块与MCU采用变压芯片5V转3.6V电压供电。
所述收发模块是整个电路的核心，信号的收发、调制与解调及所有后续处理都在此模块中进行。
所述单片机模块包括单片机和接口电路，所述接口电路用于单片机写程序及控制收发模块。
所述功放芯片采用SKYWORKS公司的SKY65377-21。
所述变压芯片采用AMS1084。
所述收发模块采用的主要芯片为Semtech公司的SX1278，SX1278是一种半双工传输的低中频收发器。采用LoRa远程调制解调器，用于超长距离扩频通信，不仅抗干扰性强，而且功耗低，适用于电池待机的收发电路，MCU只需要通过SX1278的SPI接口进行寄存器的配置和数据的接收发送。当SX1278工作在LoRa模式时，能获得超过-148dBm的高灵敏度，并集成+20dBm的功率放大器，频率范围137MHz～1020MHz，带宽7.8～37.5KHz，数据传输速率180bps～37.5kbps，能够检测信号强度，并对数据进行CRC校验。
所述MCU采用意法半导体的STM8S105。
在接收过程：信号经天线接收，通过功放提高信号灵敏度，经收发器处理后在上位机上显示接收信息。在发射过程：通过单片机控制收发器寄存器控制输出频率及带宽，经功放提高信号发射功率，使得信号发射距离更远。
实施例
下面结合附图1-3对本发明的实施方式进行详细描述，图1为本实施方式基于SX1278数传电台设计的整体框图，其技术方案如下：一种基于SX1278的数传电台，包括电源模块以及依次相连的吸盘天线、功放模块、收发模块和MCU(microcontroller Unit)；电源模块分别与功放模块、收发模块、MCU连接。
所述功放模块与天线连接，采用3.6V直流电压供电，在发射过程中加大发射信号功率使信号传输距离更远，在接收过程中可以提高接收信号的灵敏度。所述功放模块核心器件采用的是Semtech公司的SX1278。所述电源模块采用5V直流供电，其中，功放模块、收发模块与MCU采用变压芯片5V转3.6V电压供电。所述变压芯片采用AMS1084。所述单片机模块包括单片机和接口电路，所述接口电路用于写单片机程序及控制收发模块。所述功放芯片采用SKYWORKS公司的SKY65377-21。
本实施例的模块设计包括：吸盘天线，功放SKY65377-21，变压器AMS1084，收发芯片SX1278，单片机STM8S105。
如图1所示，本发明装置由吸盘天线、功放、SX1278、MCU组成。接收过程：信号经天线接收，通过功放提高信号灵敏度，经收发模块处理后在上位机上显示接收信息。发射过程：通过MCU中的单片机控制收发模块中的寄存器控制输出频率及带宽，经功放提高信号发射功率，使得信号发射距离更远。
下面结合附图2本实施方式的核心芯片SX1278的原理图介绍系统的工作原理：
SX1278是一种半双工传输的低中频收发器。其接收的射频信号首先通过低噪声放大器(LNA)放大。为便于设计并减少外部器件的使用，LNA输入为单端形式。接着，信号被转换到差分形式，以改善第二级线性和谐波抑制。之后，信号被下变频到中频(IF)输出同相正交(I&Q)信号。接着由一对模数转换器(ADC)进行数据转换，所有后续信号处理和解调均在数字领域进行。
该数字状态机还控制着自动频率校正(AFC)、接收信号强度指示(RSSI)及自动增益控制(AGC)等功能，并在顶级定序器(TLS)的高级包和协议级功能方面发挥着重要作用。
图3所示，本实施方式中MCU采用了STM8S系列单片机控制模块。SX1278与MCU的接口是通过SPI接口进行寄存器配置来控制装置工作频率和数据的接收与发射。该单片机型号为STM8S105，支持最多32K字节Flash。具有灵活的时钟控制，4个主时钟源，具有时钟监控的主时钟安全保障系统。支持SPI、UART、I2C通信。开发支持单线接口模块(SWIM)和调试模块(DM)，可以方便地进行在线编程和非侵入式调试。
SX1278的复位触发输入连接STM8S105的SPI时钟SPI_CLK，SX1278的SPI片选输入NSS连接STM8S105的模拟输入3，SX1278的数据输入MOSI、数据输出MISO、时钟输入SCLK分别连接STM8S105的模拟输入2AIN2[TIM1_CH3N]、模拟输入1AIN1[TIM1_CH2N]，模拟输入0AIN0[TIM1_CH1N]。SX1278的数字输入输出DIO0连接STM8S105的定时通道2TIM1_CH2。
频率步长及频率控制的计算公式分别如下：
FRF＝FSTEP×Frf(23,0)
其中，FSTEP为频率步长，FXOSC为晶振频率，FRF为工作频率，Frf(23,0)为定义寄存器的24位寄存器。默认条件下FXOSC为32MHz，即FSTEP为61Hz，则FRF＝61*Frf(23,0)Hz。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种修改或变形，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种基于SX1278的数传电台，其特征在于：包括电源模块以及依次连接的吸盘天线、功放模块、收发模块、MCU；电源模块分别与功放模块、收发模块、MCU连接；
所述MCU包括单片机和接口电路，所述接口电路用于单片机写程序及控制收发模块；
所述收发模块进行信号的收发、调制与解调；收发模块采用芯片SX1278，SX1278采用LoRa远程调制解调器， MCU通过SX1278的SPI接口进行SX1278内寄存器的配置和数据的接收、发送；
信号的接收过程包括：信号经吸盘天线接收，通过功放模块提高信号灵敏度，MCU控制收发模块处理后在上位机显示接收信息；信号的发射过程包括：通过MCU控制收发模块中的寄存器输出频率及带宽，经功放模块提高信号发射功率，使得信号发射距离更远。
2.根据权利要求1所述的一种基于SX1278的数传电台，其特征在于：所述SX1278接收的射频信号首先通过低噪声放大器LNA放大， LNA输入为单端形式；之后信号被转换到差分形式，以改善第二级线性和谐波抑制；然后信号被下变频到中频IF输出同相正交I&Q信号，最后由一对模数转换器ADC进行数据转换，所有信号处理和解调均在数字领域进行。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于SX1278的数传电台，其特征在于：所述电源模块包括变压芯片，变压芯片采用5V直流供电，其中，功放模块、收发模块与MCU采用变压芯片将5V电压转为3.6V电压后供电。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于SX1278的数传电台，其特征在于：所述功放模块包括功放芯片，功放芯片采用SKYWORKS公司的SKY65377-21。
5.根据权利要求3所述的一种基于SX1278的数传电台，其特征在于：所述变压芯片的型号AMS1084。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于SX1278的数传电台，其特征在于：所述MCU采用意法半导体的STM8S105。
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