CN111585599B - 一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，克服了现有技术的单通道系统效率低且成本高的问题，包括用户接口单元、电源单元、MCU单元和射频单元，MCU单元分别与用户接口单元、电源单元和射频单元连接，电源单元还与用户接口单元和射频单元连接；所述用户接口单元包括多通道射频接口电路模块、整机接口电路模块和MCU烧写模块；所述电源单元包括多通道射频单元电源控制电路模块和MCU电源模块。本发明可以实现多通道的LoRa数据交互，MCU单元可以运行不同的固件实现不同的功能，以较低的成本实现较为强大的两种功能，包括作为一种多通道的LoRa数据收发器和一种低成本便携式的LoRaWAN数据分析器。

Description

一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种多通道LoRa数据交互低成本多功能的基于SX1301的多通道LoRa射频收发器。

背景技术

LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构；LoRa是扩频技术的一种，是基于扩频技术的超远距离无限传输方案，LoRa技术已经在国内外广泛使用。在LoRa的自定义通信协议无线通信领域中，单通道的LoRa数据收发器应用于数据集中器或者网关中时，开发难度大，数据的吞吐率较低，网络效率较低；对于时间精度要求较高的时分系统中控制精度较低，通信效果较差；在LoRaWAN技术领域中，现在工程师在开发、调试过程中一般是通过查看设备或者服务器日志，对比LoRaWAN协议进行分析，在海量数据中查找和手动解析数据存在工作量较大，易出错，效率低等问题。目前市面上基于SX1301的应用多用于运行Linux的LoRaWAN的网关上，满足Linux的运行环境的硬件成本较高。在基于LoRa的私有协议无线通信系统中多用的是SX1276、SX1278单通道LoRa射频芯片，数据集中器或者网关的开发难度高，系统通信效率低。在LoRaWAN技术领域中，目前没有较好的低成本LoRaWAN数据协议分析器。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的单通道系统效率低且成本高的问题，提供一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，本发明可以实现多通道的LoRa数据交互，MCU单元可以运行不同的固件实现不同的功能，以较低的成本实现较为强大的两种功能，包括作为一种多通道的LoRa数据收发器和一种低成本便携式的LoRaWAN数据分析器。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，包括用户接口单元、电源单元、MCU单元和射频单元，MCU单元分别与用户接口单元、电源单元和射频单元连接，电源单元还与用户接口单元和射频单元连接，用户接口单元还与射频单元连接；所述用户接口单元包括多通道射频接口电路模块、整机接口电路模块和MCU烧写模块；所述电源单元包括多通道射频单元电源控制电路模块和MCU电源模块。用户接口单元主要便于用户与分析器进行数据交互、控制指令收发、射频信号收发和固件更新，电源单元主要给系统各部分进行供电，射频单元主要实现多通道的LoRa的射频信号的获取，使用MCU单元可以降低成本，MCU单元用于驱动射频单元，8个BW125KHz的LoRa信道实时扫描空中的LoRaWAN数据包，将接收到的数据包进行LoRaWAN协议匹配，符合协议的数据包按照LoRaWAN协议进行解析，将各个字段和数据通过串口以表格形式通过用户接口单元输出给用户，本发明支持3种发送模式同时保证数据包时间戳准确度。

作为优选，所述多通道射频接口电路模块包括排针P1、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R26、电阻R27、电阻R28、光敏二极管LED1、光敏二极管LED3、光敏二极管LED4、光敏二极管LED5、光敏二极管LED6、电容C7和电容C10，排针P1的第二接口分别与电容C7一端、电容C10一端和电源MCRFM_VCC相连接，排针P1的第六接口与电阻R8一端连接，电阻R8另一端分别与电阻5一端和电阻R6一端相连接，电阻R5另一端与发光二极管LED1正极连接，排针P1第八接口与电阻R9一端连接，电阻R9另一端分别与电阻R7一端和电阻R10一端相连接，电阻R7另一端与发光二极管LED3正极相连接，排针P1第十接口与电阻R11一端连接，电阻R11另一端分别与电阻R13一端和电阻R15一端相连接，电阻R13另一端与发光二极管LED4正极相连接，排针P1第十二接口与电阻R12一端连接，电阻R12另一端分别与电阻R17一端和电阻R21一端相连接，电阻R17另一端与发光二极管LED5正极相连接，排针P1第十四接口与电阻R14一端连接，电阻R14另一端分别与电阻R24一端和电阻R28一端相连接，电阻R24另一端与发光二极管LED6正极相连接，排针P1第十八接口与电阻R16一端连接，排针P1第二十二接口与电阻R18一端连接，排针P1第二十四接口与电阻R20一端连接，排针P1第二十六接口与电阻R22一端连接，排针P1第二十八接口与电阻R23一端连接，排针P1的第三十接口分别与电阻R26一端和电阻R27一端相连接，电容C7另一端、电容C10另一端、排针P1第三接口、排针P1第十五接口、排针P1第十九接口、排针P1第三十一接口、发光二极管LED1负极、发光二极管LED3负极、发光二极管LED4负极、发光二极管LED5负极和发光二极管LED6负极均接地，电阻R16另一端、电阻R18另一端、电阻R20另一端、电阻R22另一端、电阻R23另一端、电阻R26另一端、电阻R27另一端、电阻R6另一端、电阻R10另一端、电阻R15另一端、电阻R21另一端和电阻R28另一端均与MUC单元相连接。多通道射频接口电路模块采用排针接口与MCU单元之间串联电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R12和电阻R14作为缓冲，光敏二极管LED1、光敏二极管LED3、光敏二极管LED4、光敏二极管LED5、光敏二极管LED6指示射频单元的数据IO口电平状态；同时多通道射频接口电路模块采用了DIP和SMD兼容封装，所以，此处的多通道射频单元预留两种都可以使用，满足兼容性需求；由于连接的接口较多，采用电容C7和电容C10进行滤波保护。

作为优选，所述整机接口电路模块包括双排排针P2、TVS二极管D2、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38和电容C39；排针P2第二接口分别与5V电源和TVS二极管一端相连接，排针P2第四接口和接地端中间连接有电阻R31和电容C20的串联电路，排针P2第六接口和接地端中间连接有电阻R32和电容C21的串联电路，排针P2第八接口和接地端中间连接有电阻R33和电容C22的串联电路，排针P2第十接口和接地端中间连接有电阻R34和电容C23的串联电路，排针P2第十二接口和接地端中间连接有电阻R35和电容C24的串联电路，排针P2第十四接口和接地端中间连接有电阻R36和电容C25的串联电路，排针P2第十六接口和接地端中间连接有电阻R37和电容C26的串联电路，排针P2第十八接口和接地端中间连接有电阻R38和电容C27的串联电路，排针P2第二十接口和接地端中间连接有电阻R39和电容C28的串联电路，排针P2第二十二接口和接地端中间连接有电阻R40和电容C29的串联电路，排针P2第二十四接口和接地端中间连接有电阻R41和电容C30的串联电路，排针P2第二十六接口和接地端中间连接有电阻R42和电容C31的串联电路，排针P2第二十八接口和接地端中间连接有电阻R47和电容C32的串联电路，排针P2第三十接口和接地端中间连接有电阻R48和电容C33的串联电路，排针P2第三十二接口和接地端中间连接有电阻R49和电容C34的串联电路，排针P2第三十四接口和接地端中间连接有电阻R50和电容C35的串联电路，排针P2第三十六接口和接地端中间连接有电阻R51和电容C36的串联电路，排针P2第三十八接口和接地端中间连接有电阻R52和电容C37的串联电路，排针P2第四十接口和接地端中间连接有电阻R53和电容C38的串联电路，排针P2第四十二接口和接地端中间连接有电阻R54和电容C39的串联电路，TVS二极管另一端和排针第四十四接口均接地。正极接口电路模块采用双排排针P2，同排的两个网络相同，预留了2个串口和一个SPI接口，以及多个预留的IO口，电源接口使用TVS二极管D2进行保护，因射频单元的成本较高，所以需要对电源做出保护，使用双排排针保证模块整体的安装可靠性，同时预留螺丝孔，使用铜柱进一步固定，保证震动实验满足需求。

作为优选，所述MCU烧写模块包括排针J2、电阻R59、电阻R60、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R65、电容C42、电容C43、TVS二极管D3和TVS二极管D7；排针J2第一接口与电阻R63一端连接，排针J2第二接口与电阻R62一端连接，排针J2第三接口与电阻R61一端连接，排针J2第四接口与电阻R60一端连接，排针J2第五接口与电阻R65一端连接，排针J2第六接口与电阻R59一端连接，排针J2第七接口分别与TVS二极管D7负极和系统复位引脚NRST连接，排针J2第八接口分别与电阻R65另一端和地端连接，电阻R63另一端分别与电阻R62另一端、电阻R61另一端、电阻R60另一端、电阻R59另一端、3.3V电源、TVS二极管D3负极、电容C42一端和电容C43一端相连接，TVS二极管D3正极、TVS二极管D7正极、电容C42另一端和电容C43另一端均接地。MCU烧写模块采用标准的JTAG接口，采用单排排针，电源和复位电路连接又TVS二极管保证EMC性能。

作为优选，所述多通道射频单元电源控制电路模块包括电阻R19、电阻R25电阻R29、电阻R30和MOS管Q1；所述电阻R25一端连接5V电源，电阻R25另一端分别与电阻R19一端、MOS管源极和电阻R29一端相连接，电阻R19另一端和MOS管漏极均与射频单元电源MCRFM_VCC连接，MOS管栅极分别与电阻R29另一端和电阻R30一端相连接，电阻R30一端与MCU单元相连接。R25电阻用来可以断开射频单元电源，便于调试和测试，MOS管Q1使用了P型MOS管，当上电时刻，由于电阻R29的上拉，射频单元MCRFM_VCC网络没有电压，当MCU单元控制PA12为低电平的时候，MOS管Q1打开，多通道射频单元MCRFM_VCC电源接通5V；电阻R19为预留电阻。

作为优选，所述MCU电源模块包括二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压器U1、光敏二极管LED2、电容C12、电容C13、电容C18、电容C19、电容C15和电容C14；5V电源分别连接电容C18一端、电容C19一端、二极管D1负极和电阻R1一端，二极管D1正极与电源VBUS连接，电阻R1另一端分别与电容C12一端、电容C13一端、电阻R4一端和稳压器U1输入端相连接，电阻R4另一端与稳压器U1使能引脚CE连接，稳压器U1输出引脚分别与电容C54一端、电容C15一端、电阻R2一端和电阻R3一端相连接，电阻R2另一端与输出端3.3V电源相连接，电阻R3另一端与光敏二极管LED2正极连接，光敏二极管LED2负极、电容C14另一端、电容C15另一端稳压器U1接地端、电容C12另一端、电容C13另一端、电容C18另一端和电容C19另一端均接地。MCU单元功耗较低，整体在最高主频72MHz时功耗最大功耗不超过450mW，使用电源类型为LDO均衡了成本和性能电源输入电压5V，输出电压3.3V，输出电流150mA以上，有相应的电源指示LED2，方便判断系统电源是否正常，各个电容起到滤波和储能作用，由于是MCU单元的电源，所以需要上电就开启，LDO电源的使能信号是高电平有效，所以在LDO的使能引脚上加上一个10KΩ的上拉电阻R1。

作为优选，所述MCU包括单片机U2、电阻R52、电阻R55、电容C40、晶振Y1、电容C47、电容C52、电容C53、电容C54、电容C55、电容C56、电容C57、电容C44、电阻R50、光敏二极管LED7、晶振Y2、电容C48、电容C51；单片机U2型号为STM32F103RBT6；3.3V电源作为输入端与电阻R52一端连接，电阻R52另一端分别与电阻R55一端和单片机U2的BOOT0引脚连接，晶振Y1引脚1分别与电容C47一端和稳压器U2的OSC_OUT端口相连接，晶振Y1引脚3分别与电容C40一端和稳压器U2的OSC_IN端口相连接，电容C44一端与稳压器U2的NRST端口相连接，晶振Y2引脚1分别与电容C51一端和稳压器的PC15_OSC32_OUT端口相连接，晶振Y2引脚1分别与电容C48一端和稳压器的PC14_OSC32_IN端口相连接。稳压器U2外部的HSE和LSE时钟都做预留，MCU单元选用从内部FlASH启动，所以BOOT0引脚可以使用直接下拉，预留一个扩展的上拉电阻R55。

作为优选，所述射频单元包括射频电源电路模块、基带电路模块、功率发送电路模块、发送低通滤波电路模块、接收滤波及放大电路模块、射频前端电路模块、收发切换电路模块和接口电路模块，所述基带电路模块包括基带芯片U3，基带芯片U3型号为SX1301。基带芯片SX1301主时钟为133MHz，使用有源晶振，IO口串联电阻保护，小电容进行滤波，接收回路影响射频的接收灵敏度，接收滤波及放大电路模块加入SAW和LNA，SAW降低了带外干扰，提高了抗干扰能力，但是SAW引入了插入损耗，加入LNA弥补了插入损耗的同时，提高了多通道射频单元的接收灵敏度。

作为优选，所述发送低通滤波电路模块包括低通滤波器U9，所述低通滤波器型号为LF2012-ER50FAA。低通滤波器可以保证大功率下谐波满足工作要求。

作为优选，所述射频前端电路模块包括晶振Y3，所述晶振Y3为TCXO晶振。

因此，本发明具有如下有益效果：

1. 用户接口单元主要便于用户与分析器进行数据交互、控制指令收发、射频信号收发和固件更新，电源单元主要给系统各部分进行供电，射频单元主要实现多通道的LoRa的射频信号的获取，使用MCU单元可以降低成本，MCU单元用于驱动射频单元，8个BW125KHz的LoRa信道实时扫描空中的LoRaWAN数据包，将接收到的数据包进行LoRaWAN协议匹配，符合协议的数据包按照LoRaWAN协议进行解析，将各个字段和数据通过串口以表格形式通过用户接口单元输出给用户，本发明支持3种发送模式同时保证数据包时间戳准确度，可以实现多通道的LoRa数据交互；

2.通过MCU单元驱动射频单元的基带电路模块实现低成本、便携式、高性能的多通道LoRa数据的收发，接收到的数据包携带相应的是无线参数信息，时间戳等，可以实现三种数据发送方式，包括时间戳发送、立即发送和触发发送；

3. 本发明可以有效分析符合LoRaWAN协议的LoRa无线数据包，同时将接收到的LoRaWAN数据包进行解析，将各个未加密部分以表格形式通过用户接口单元将字段和数据输出给用户，同时，通过配置，可以分析LoRaWAN节点或者网关的数据包，极大的方便了开发者查找LoRaWAN网络系统的联调，方便查找入网、通信过程中的各种问题，方便问题定位。

附图说明

图1是本发明的一种结构框图。

图2是本发明用户接口单元的结构框图。

图3是本发明的多通道射频接口电路模块的电路图。

图4是本发明的整机接口电路模块的电路图。

图5是本发明的MCU烧写模块的电路图。

图6是本发明电源单元的结构框图。

图7是本发明的多通道射频单元电源控制电路模块的电路图。

图8是本发明的MCU电源模块的电路图。

图9是本发明的MCU单元的电路图。

图10是本发明射频单元的结构框图。

图中：1、用户接口单元 11、多通道射频接口电路模块 12、整机接口电路模块13、MCU烧写模块 2、电源单元 21、多通道射频单元电源控制电路模块 22、MCU电源模块 3、MCU单元 4、射频单元 41、射频电源电路模块 42、基带电路模块 43、功率发送电路模块 44、发送低通滤波电路模块 45、接收滤波及放大电路模块 46、射频前端电路模块 47、收发切换电路模块 48、接口电路模块。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例：

如图1所示，本实施例一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，包括用户接口单元1、电源单元2、MCU单元3和射频单元4，MCU单元3分别与用户接口单元1、电源单元2和射频单元4连接，电源单元2还与用户接口单元1和射频单元4连接，用户接口单元1还与射频单元4连接。

如图2、图6和图10所示，用户接口单元1，包括多通道射频接口电路模块11、整机接口电路模块12和MCU烧写模块13；电源单元2包括多通道射频单元电源控制电路模块21和MCU电源模块22；射频单元4包括射频电源电路模块41、基带电路模块42、功率发送电路模块43、发送低通滤波电路模块44、接收滤波及放大电路模块45、射频前端电路模块46、收发切换电路模块47和接口电路模块48，基带电路模块42包括基带芯片U3，基带芯片U3型号为SX1301；射频前端电路模块46包括晶振Y3，所述晶振Y3为TCXO晶振。

如图3所示，多通道射频接口电路模块11，包括排针P1、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R26、电阻R27、电阻R28、光敏二极管LED1、光敏二极管LED3、光敏二极管LED4、光敏二极管LED5、光敏二极管LED6、电容C7和电容C10，排针P1的第二接口分别与电容C7一端、电容C10一端和电源MCRFM_VCC相连接，排针P1的第六接口与电阻R8一端连接，电阻R8另一端分别与电阻5一端和电阻R6一端相连接，电阻R5另一端与发光二极管LED1正极连接，排针P1第八接口与电阻R9一端连接，电阻R9另一端分别与电阻R7一端和电阻R10一端相连接，电阻R7另一端与发光二极管LED3正极相连接，排针P1第十接口与电阻R11一端连接，电阻R11另一端分别与电阻R13一端和电阻R15一端相连接，电阻R13另一端与发光二极管LED4正极相连接，排针P1第十二接口与电阻R12一端连接，电阻R12另一端分别与电阻R17一端和电阻R21一端相连接，电阻R17另一端与发光二极管LED5正极相连接，排针P1第十四接口与电阻R14一端连接，电阻R14另一端分别与电阻R24一端和电阻R28一端相连接，电阻R24另一端与发光二极管LED6正极相连接，排针P1第十八接口与电阻R16一端连接，排针P1第二十二接口与电阻R18一端连接，排针P1第二十四接口与电阻R20一端连接，排针P1第二十六接口与电阻R22一端连接，排针P1第二十八接口与电阻R23一端连接，排针P1的第三十接口分别与电阻R26一端和电阻R27一端相连接，电容C7另一端、电容C10另一端、排针P1第三接口、排针P1第十五接口、排针P1第十九接口、排针P1第三十一接口、发光二极管LED1负极、发光二极管LED3负极、发光二极管LED4负极、发光二极管LED5负极和发光二极管LED6负极均接地，电阻R16另一端、电阻R18另一端、电阻R20另一端、电阻R22另一端、电阻R23另一端、电阻R26另一端、电阻R27另一端、电阻R6另一端、电阻R10另一端、电阻R15另一端、电阻R21另一端和电阻R28另一端均与MUC单元3相连接。

如图4所示，整机接口电路模块12，包括排针P2、TVS二极管D2、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38和电容C39；排针P2第二接口分别与5V电源和TVS二极管一端相连接，排针P2第四接口和接地端中间连接有电阻R31和电容C20的串联电路，排针P2第六接口和接地端中间连接有电阻R32和电容C21的串联电路，排针P2第八接口和接地端中间连接有电阻R33和电容C22的串联电路，排针P2第十接口和接地端中间连接有电阻R34和电容C23的串联电路，排针P2第十二接口和接地端中间连接有电阻R35和电容C24的串联电路，排针P2第十四接口和接地端中间连接有电阻R36和电容C25的串联电路，排针P2第十六接口和接地端中间连接有电阻R37和电容C26的串联电路，排针P2第十八接口和接地端中间连接有电阻R38和电容C27的串联电路，排针P2第二十接口和接地端中间连接有电阻R39和电容C28的串联电路，排针P2第二十二接口和接地端中间连接有电阻R40和电容C29的串联电路，排针P2第二十四接口和接地端中间连接有电阻R41和电容C30的串联电路，排针P2第二十六接口和接地端中间连接有电阻R42和电容C31的串联电路，排针P2第二十八接口和接地端中间连接有电阻R47和电容C32的串联电路，排针P2第三十接口和接地端中间连接有电阻R48和电容C33的串联电路，排针P2第三十二接口和接地端中间连接有电阻R49和电容C34的串联电路，排针P2第三十四接口和接地端中间连接有电阻R50和电容C35的串联电路，排针P2第三十六接口和接地端中间连接有电阻R51和电容C36的串联电路，排针P2第三十八接口和接地端中间连接有电阻R52和电容C37的串联电路，排针P2第四十接口和接地端中间连接有电阻R53和电容C38的串联电路，排针P2第四十二接口和接地端中间连接有电阻R54和电容C39的串联电路，TVS二极管另一端和排针第四十四接口均接地。

如图5所示，MCU烧写模块，包括排针J2、电阻R59、电阻R60、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R65、电容C42、电容C43、TVS二极管D3和TVS二极管D7；排针J2第一接口与电阻R63一端连接，排针J2第二接口与电阻R62一端连接，排针J2第三接口与电阻R61一端连接，排针J2第四接口与电阻R60一端连接，排针J2第五接口与电阻R65一端连接，排针J2第六接口与电阻R59一端连接，排针J2第七接口分别与TVS二极管D7负极和系统复位引脚NRST连接，排针J2第八接口分别与电阻R65另一端和地端连接，电阻R63另一端分别与电阻R62另一端、电阻R61另一端、电阻R60另一端、电阻R59另一端、3.3V电源、TVS二极管D3负极、电容C42一端和电容C43一端相连接，TVS二极管D3正极、TVS二极管D7正极、电容C42另一端和电容C43另一端均接地。

如图7，多通道射频单元电源控制电路模块21，包括电阻R19、电阻R25电阻R29、电阻R30和MOS管Q1；所述电阻R25一端连接5V电源，电阻R25另一端分别与电阻R19一端、MOS管源极和电阻R29一端相连接，电阻R19另一端和MOS管漏极均与射频单元（4）电源MCRFM_VCC连接，MOS管栅极分别与电阻R29另一端和电阻R30一端相连接，电阻R30一端与MCU单元3相连接。

如图8，MCU电源模块22，包括包括二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压器U1、光敏二极管LED2、电容C12、电容C13、电容C18、电容C19、电容C15和电容C14；5V电源分别连接电容C18一端、电容C19一端、二极管D1负极和电阻R1一端，二极管D1正极与电源VBUS连接，电阻R1另一端分别与电容C12一端、电容C13一端、电阻R4一端和稳压器U1输入端相连接，电阻R4另一端与稳压器U1使能引脚CE连接，稳压器U1输出引脚分别与电容C54一端、电容C15一端、电阻R2一端和电阻R3一端相连接，电阻R2另一端与输出端3.3V电源相连接，电阻R3另一端与光敏二极管LED2正极连接，光敏二极管LED2负极、电容C14另一端、电容C15另一端稳压器U1接地端、电容C12另一端、电容C13另一端、电容C18另一端和电容C19另一端均接地。

如图9所示，MCU单元3，包括单片机U2、电阻R52、电阻R55、电容C40、晶振Y1、电容C47、电容C52、电容C53、电容C54、电容C55、电容C56、电容C57、电容C44、电阻R50、光敏二极管LED7、晶振Y2、电容C48、电容C51；单片机U2型号为STM32F103RBT6；3.3V电源作为输入端与电阻R52一端连接，电阻R52另一端分别与电阻R55一端和单片机U2的BOOT0引脚连接，晶振Y1引脚1分别与电容C47一端和稳压器U2的OSC_OUT端口相连接，晶振Y1引脚3分别与电容C40一端和稳压器U2的OSC_IN端口相连接，电容C44一端与稳压器U2的NRST端口相连接，晶振Y2引脚1分别与电容C51一端和稳压器的PC15_OSC32_OUT端口相连接，晶振Y2引脚1分别与电容C48一端和稳压器的PC14_OSC32_IN端口相连接。

本发明工作原理如下：用户接口单元1主要便于用户与分析器进行数据交互、控制指令收发、射频信号收发和固件更新，电源单元2主要给系统各部分进行供电；多通道射频单元电源控制电路模块22中R25电阻用来可以断开射频单元电源，便于调试和测试，MOS管Q1使用了P型MOS管，当上电时刻，由于电阻R29的上拉，射频单元MCRFM_VCC网络没有电压，当MCU单元3控制PA12为低电平的时候，MOS管Q1打开，多通道射频单元4MCRFM_VCC电源接通5V；MCU电源模块23采用电源类型为LDO，输入电压5V，输出电压3.3V，输出电流大于150mA；射频单元4主要实现多通道的LoRa的射频信号的获取，使用MCU单元3降低成本；MCU单元3用于驱动射频单元4，8个BW125KHz的LoRa信道实时扫描空中的LoRaWAN数据包，将接收到的数据包进行LoRaWAN协议匹配，符合协议的数据包按照LoRaWAN协议进行解析，将各个字段和数据通过串口以表格形式通过用户接口单元1输出给用户，本发明支持3种发送模式同时保证数据包时间戳准确度。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，包括用户接口单元（1）、电源单元（2）、MCU单元（3）和射频单元（4），MCU单元（3）分别与用户接口单元（1）、电源单元（2）和射频单元（4）连接，电源单元（2）还与用户接口单元（1）和射频单元（4）连接，用户接口单元（1）还与射频单元（4）连接；所述用户接口单元（1）包括多通道射频接口电路模块（11）、整机接口电路模块（12）和MCU烧写模块（13）；所述电源单元（2）包括多通道射频单元电源控制电路模块（21）和MCU电源模块（22）；

所述多通道射频接口电路模块（11）包括排针P1、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R26、电阻R27、电阻R28、光敏二极管LED1、光敏二极管LED3、光敏二极管LED4、光敏二极管LED5、光敏二极管LED6、电容C7和电容C10，排针P1的第二接口分别与电容C7一端、电容C10一端和电源MCRFM_VCC相连接，排针P1的第六接口与电阻R8一端连接，电阻R8另一端分别与电阻5一端和电阻R6一端相连接，电阻R5另一端与发光二极管LED1正极连接，排针P1第八接口与电阻R9一端连接，电阻R9另一端分别与电阻R7一端和电阻R10一端相连接，电阻R7另一端与发光二极管LED3正极相连接，排针P1第十接口与电阻R11一端连接，电阻R11另一端分别与电阻R13一端和电阻R15一端相连接，电阻R13另一端与发光二极管LED4正极相连接，排针P1第十二接口与电阻R12一端连接，电阻R12另一端分别与电阻R17一端和电阻R21一端相连接，电阻R17另一端与发光二极管LED5正极相连接，排针P1第十四接口与电阻R14一端连接，电阻R14另一端分别与电阻R24一端和电阻R28一端相连接，电阻R24另一端与发光二极管LED6正极相连接，排针P1第十八接口与电阻R16一端连接，排针P1第二十二接口与电阻R18一端连接，排针P1第二十四接口与电阻R20一端连接，排针P1第二十六接口与电阻R22一端连接，排针P1第二十八接口与电阻R23一端连接，排针P1的第三十接口分别与电阻R26一端和电阻R27一端相连接，电容C7另一端、电容C10另一端、排针P1第三接口、排针P1第十五接口、排针P1第十九接口、排针P1第三十一接口、发光二极管LED1负极、发光二极管LED3负极、发光二极管LED4负极、发光二极管LED5负极和发光二极管LED6负极均接地，电阻R16另一端、电阻R18另一端、电阻R20另一端、电阻R22另一端、电阻R23另一端、电阻R26另一端、电阻R27另一端、电阻R6另一端、电阻R10另一端、电阻R15另一端、电阻R21另一端和电阻R28另一端均与MCU单元（3）相连接；

所述整机接口电路模块（12）包括排针P2。

2.根据权利要求1所述的一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述整机接口电路模块（12）还包括TVS二极管D2、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38和电容C39；排针P2第二接口分别与5V电源和TVS二极管一端相连接，排针P2第四接口和接地端中间连接有电阻R31和电容C20的串联电路，排针P2第六接口和接地端中间连接有电阻R32和电容C21的串联电路，排针P2第八接口和接地端中间连接有电阻R33和电容C22的串联电路，排针P2第十接口和接地端中间连接有电阻R34和电容C23的串联电路，排针P2第十二接口和接地端中间连接有电阻R35和电容C24的串联电路，排针P2第十四接口和接地端中间连接有电阻R36和电容C25的串联电路，排针P2第十六接口和接地端中间连接有电阻R37和电容C26的串联电路，排针P2第十八接口和接地端中间连接有电阻R38和电容C27的串联电路，排针P2第二十接口和接地端中间连接有电阻R39和电容C28的串联电路，排针P2第二十二接口和接地端中间连接有电阻R40和电容C29的串联电路，排针P2第二十四接口和接地端中间连接有电阻R41和电容C30的串联电路，排针P2第二十六接口和接地端中间连接有电阻R42和电容C31的串联电路，排针P2第二十八接口和接地端中间连接有电阻R47和电容C32的串联电路，排针P2第三十接口和接地端中间连接有电阻R48和电容C33的串联电路，排针P2第三十二接口和接地端中间连接有电阻R49和电容C34的串联电路，排针P2第三十四接口和接地端中间连接有电阻R50和电容C35的串联电路，排针P2第三十六接口和接地端中间连接有电阻R51和电容C36的串联电路，排针P2第三十八接口和接地端中间连接有电阻R52和电容C37的串联电路，排针P2第四十接口和接地端中间连接有电阻R53和电容C38的串联电路，排针P2第四十二接口和接地端中间连接有电阻R54和电容C39的串联电路，TVS二极管另一端和排针第四十四接口均接地。

3.根据权利要求1所述的一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述MCU烧写模块（13）包括排针J2、电阻R59、电阻R60、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R65、电容C42、电容C43、TVS二极管D3和TVS二极管D7；排针J2第一接口与电阻R63一端连接，排针J2第二接口与电阻R62一端连接，排针J2第三接口与电阻R61一端连接，排针J2第四接口与电阻R60一端连接，排针J2第五接口与电阻R65一端连接，排针J2第六接口与电阻R59一端连接，排针J2第七接口分别与TVS二极管D7负极和系统复位引脚NRST连接，排针J2第八接口分别与电阻R65另一端和地端连接，电阻R63另一端分别与电阻R62另一端、电阻R61另一端、电阻R60另一端、电阻R59另一端、3.3V电源、TVS二极管D3负极、电容C42一端和电容C43一端相连接，TVS二极管D3正极、TVS二极管D7正极、电容C42另一端和电容C43另一端均接地。

4.根据权利要求1所述的一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述多通道射频单元电源控制电路模块（21）包括电阻R19、电阻R25电阻R29、电阻R30和MOS管Q1；所述电阻R25一端连接5V电源，电阻R25另一端分别与电阻R19一端、MOS管源极和电阻R29一端相连接，电阻R19另一端和MOS管漏极均与射频单元（4）电源MCRFM_VCC连接，MOS管栅极分别与电阻R29另一端和电阻R30一端相连接，电阻R30一端与MCU单元（3）相连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述MCU电源模块（22）包括二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压器U1、光敏二极管LED2、电容C12、电容C13、电容C18、电容C19、电容C15和电容C14；5V电源分别连接电容C18一端、电容C19一端、二极管D1负极和电阻R1一端，二极管D1正极与电源VBUS连接，电阻R1另一端分别与电容C12一端、电容C13一端、电阻R4一端和稳压器U1输入端相连接，电阻R4另一端与稳压器U1使能引脚CE连接，稳压器U1输出引脚分别与电容C54一端、电容C15一端、电阻R2一端和电阻R3一端相连接，电阻R2另一端与输出端3.3V电源相连接，电阻R3另一端与光敏二极管LED2正极连接，光敏二极管LED2负极、电容C14另一端、电容C15另一端稳压器U1接地端、电容C12另一端、电容C13另一端、电容C18另一端和电容C19另一端均接地。

6.根据权利要求1所述的一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述MCU单元（3）包括单片机U2、电阻R52、电阻R55、电容C40、晶振Y1、电容C47、电容C52、电容C53、电容C54、电容C55、电容C56、电容C57、电容C44、电阻R50、光敏二极管LED7、晶振Y2、电容C48、电容C51；单片机U2型号为STM32F103RBT6；3.3V电源作为输入端与电阻R52一端连接，电阻R52另一端分别与电阻R55一端和单片机U2的BOOT0引脚连接，晶振Y1引脚1分别与电容C47一端和稳压器U2的OSC_OUT端口相连接，晶振Y1引脚3分别与电容C40一端和稳压器U2的OSC_IN端口相连接，电容C44一端与稳压器U2的NRST端口相连接，晶振Y2引脚1分别与电容C51一端和稳压器的PC15_OSC32_OUT端口相连接，晶振Y2引脚1分别与电容C48一端和稳压器的PC14_OSC32_IN端口相连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述射频单元（4）包括射频电源电路模块（41）、基带电路模块（42）、功率发送电路模块（43）、发送低通滤波电路模块（44）、接收滤波及放大电路模块（45）、射频前端电路模块（46）、收发切换电路模块（47）和接口电路模块（48），所述基带电路模块（42）包括基带芯片U3，基带芯片U3型号为SX1301。

8.根据权利要求7所述的一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述发送低通滤波电路模块（44）包括低通滤波器U9，所述低通滤波器型号为LF2012-ER50FAA。

9.根据权利要求7所述的一种基于SX1301的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述射频前端电路模块（46）包括晶振Y3，所述晶振Y3为TCXO晶振。

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