CN113411192B - 一种多功能LoRa扩展板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能LoRa扩展板,包括LoRa SPI无线模块、所述LoRa SPI无线模块分别与树莓派接口\ART‑PI P1接口模块、ART‑Pi P2接口模块、Adruino接口模块相连,树莓派接口\ART‑PI P1接口模块和ART‑Pi P2接口模块同时与LoRa网关SX1302SPI模块相连,树莓派接口\ART‑PI P1接口模块与LoRaWAN串口接口模块相连,ART‑Pi P2接口模块与4G模块相连。上述技术方案使设计的LoRa扩展板集多种功能于一体,可方便与高效地用于LoRa产品的原型开发、LoRa产品测试、LoRa开发学习等,使用该实现方法设计的LoRa扩展板能够同时支持多种功能类型、多种封装、多种频段的LoRa模块、同时支持多种主流开源硬件接口及其相互转换,具备非常好的兼容性与扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及LoRa无线通信领域,尤其涉及一种多功能LoRa扩展板。
背景技术
有资料显示,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。
中国专利文献CN209419612U公开了一种“用于BeagleBone平台的LoRa网关扩展板”。采用了lorawan通信芯片、前端射频芯片、功率放大器、射频开关、低噪声放大器、BeagleBone Green标准接口;所述BeagleBone Green标准接口通过SPI接口、GPIO接口与开关电源与lorawan通信芯片连接;所述lorawan通信芯片通过SPI接口、I/QData接口与前端射频芯片连接;所述前端射频芯片电连接于功率放大器与低噪声放大器;所述功率放大器与低噪声放大器电连接于射频开关。上述技术方案功能单一,通用性较差,兼容性不强,研发资源重复投入。
发明内容
本发明主要解决原有的技术方案功能单一,通用性较差,兼容性不强的技术问题,提供一种多功能LoRa扩展板,使设计的LoRa扩展板集多种功能于一体,可非常方便与高效地用于LoRa产品的原型开发、LoRa产品测试、LoRa开发学习等,使用该实现方法设计的LoRa扩展板能够同时支持多种功能类型、多种封装、多种频段的LoRa模块、同时支持多种主流开源硬件接口及其相互转换、同时支持外接Mini PCIe的4G模块等,具备非常好的兼容性与扩展性。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本发明包括LoRaSPI无线模块、所述LoRa SPI无线模块分别与树莓派接口\ART-PI P1接口模块、ART-Pi P2接口模块、Adruino接口模块相连,树莓派接口\ART-PI P1接口模块和ART-Pi P2接口模块同时与LoRa网关SX1302 SPI模块相连,树莓派接口\ART-PI P1接口模块与LoRaWAN串口接口模块相连,ART-Pi P2接口模块与4G模块相连。
作为优选,所述的LoRa SPI无线模块为2路通道,M1、M3、M5设计为一组同一路SPI,即SPI2,SPI2通道使用DIO1、DIO2、DIO3、NSS、RESET、SW_CTL分别复用相同的IO口,相互级联,并且SPI2级联到树莓派接口\ART-PI P1接口模块。LoRa SPI无线模块为2路通道,两者既相互独立,也可同时工作。设计的封装同时兼容不同频段(470M\868M\915M\2.4GHz频段)、不同芯片(SX1262\SX1268\SX1278\SX1280等)的LoRa SPI无线模块。LoRa SPI无线模块的天线口通过IPX引出,连接射频同轴座上。并且设计了双排插针(2.0mm 2*15Pin)接口(J1)结合短路帽来实现LoRa SPI模块射频A通道与LoRa网关SX1302SPI通道的物理隔离。
作为优选,M2、M4、M6设计为另外一组的同一路SPI,即SPI4,SPI4通道使用的DIO1、DIO2、DIO3、NSS、RESET、SW_CTL分别复用SPI2相同IO口,SPI4级联到ART-Pi P2接口模块。
作为优选,所述的M1采用LSD4RF-2FL24N20;M3采用LSD4RF-2F717N30,同时M3兼容LSD4RF-2R822N30;M5采用LSD4RF-2F717N30;M2采用LSD4RF-2FL24N20;M4 LSD4RF-2F717N30,同时M4兼容LSD4RF-2R822N30;M6采用LSD4RF-2F717N30。
作为优选,所述的LoRaWAN串口接口模块采用串口USART1与GPIO控制,包括MODE、WAKE、BUSY、STATUS、RESET,通过SWD烧写接口SWDIO和SWCLK更新模块的固件。
作为优选,所述的树莓派接口\ART-PI P1接口模块包括5V\3.3V电源、串口USART1、SPI A通道SPI2、I2C接口I2C1和GPIO,P1接口与LoRa SPI A通道、LoRa网关SX1302\4G PCIe接口、Adruino UNO v3接口、OLED I2C接口、LoRaWAN串口接口USART1相互级联。使得LoRa扩展板既可以连接到树莓派使用,也可以连接到ART-Pi使用,P1接口设计采用了长引脚的排母座,以实现LoRa扩展板的堆叠。
作为优选,所述的ART-Pi P2接口模块的接口P2包括LoRa SPI无线模块的SPI4通道、LoRa网关SX1302\4G PCIe的USB接口、GPIO和Aduruino UNO v3ADC接口。P2可以独立使用,也可以与P1组合使用。
作为优选,所述的Adruino接口模块的接口级联到P1接口的SPI2接口、I2C1接口、USART1接口,Adruino接口模块还包括A0、A3、A4、A5接口,A0、A3、A4、A5接口级联到P2接口,A0、A3、A4、A5接口同时支持ADC接口与FDCAN功能接口。该功能可通过电阻(R41\R42、R43\R44、R45\R46、R47\R48)切换实现2个功能转换。该节点电路实现ART-Pi接口、树莓派\ART-Pi接口的相互转换。
作为优选,所述的4G模块包含SIM卡座的接口电路与4G模块的3.7V供电电路,SIM卡座设计连接到支持PCIe的4G模块SIM卡接口,包括SIM_PWR、SIM_DATA、SIM_CLK、SIM_RST、SIM_DETECT;通过LDO的U3实现5V到3.7V电压转换,然后作为4G模块的供电输入;通过PNP的Q1三极管实现4G模块复位信号的电平转换,所述4G模块的数据访问通过PCIe的USB引脚,USB差分信号引脚连接到P2接口。
作为优选,还包括OLED接口电路模块,OLED接口电路模块支持IIC接口的I2C1,该接口连接到Arduino UNO v3的I2C1、树莓派和ART-Pi的I2C1。
本发明的有益效果是:本技术方案支持非常丰富的LoRa\4G等模块,兼容主流的开源硬件接口,使用本技术方案实现的多功能LoRa扩展板,集多种功能为一体,可选贴不同LoRa\4G等模块,即可实现多种不同功能,无需重新设计转接板,同时可以直接应用到当前广泛使用的开源硬件平台ART-Pi、树莓派3\4、Adruino开发板、STM32 Nucleo开发板等,实现硬件资源的重复高效利用,极大减少研发资源的重复投入、降低使用者的学习成本(搭建硬件平台的时间可以成本降低30~50%、购买成本降低30~50%),结合主板(ART-Pi\树莓派\Adruino\STM32 Nucleo开发板等),可以非常方便与灵活实现搭积木式LoRa产品原型,进行软硬件协同开发与验证(如LoRa单通道网关\双通道网关\LoRa 4G网关\LoRa智能家居等),产品研发效率可以提升30~50%。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理连接结构图。
图2是本发明的一种LoRa SPI无线模块接口电路图。
图3是本发明的一种LoRaWAN串口接口电路图。
图4是本发明的一种树莓派接口\ART-PI P1接口电路图。
图5是本发明的一种ART-Pi P2接口电路图。
图6是本发明的一种Adruino接口电路图。
图7是本发明的一种LoRa网关SX1302 SPI模块接口电路图。
图8是本发明的一种4G模块接口电路图。
图9是本发明的一种OLED接口电路图。
图中1 LoRa SPI无线模块,2 LoRaWAN串口接口模块,3树莓派接口\ART-PI P1接口模块,4 ART-Pi P2接口模块,5 Adruino接口模块,6 LoRa网关SX1302SPI模块,7 4G模块。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例:本实施例的一种多功能LoRa扩展板,如图1所示,包括LoRa SPI无线模块1、所述LoRa SPI无线模块1分别与树莓派接口\ART-PI P1接口模块3、ART-Pi P2接口模块4、Adruino接口模块5相连,树莓派接口\ART-PI P1接口模块3和ART-Pi P2接口模块4同时与LoRa网关SX1302 SPI模块6相连,树莓派接口\ART-PI P1接口模块3与LoRaWAN串口接口模块2相连,ART-Pi P2接口模块4与4G模块7相连。
如图2所示,LoRa SPI无线模块1为2路通道,M1、M3、M5设计为一组同一路SPI,即SPI2,SPI2通道使用DIO1、DIO2、DIO3、NSS、RESET、SW_CTL分别复用相同的IO口,相互级联,并且SPI2级联到树莓派接口\ART-PI P1接口模块3。M2、M4、M6设计为另外一组的同一路SPI,即SPI4,SPI4通道使用的DIO1、DIO2、DIO3、NSS、RESET、SW_CTL分别复用SPI2相同IO口,SPI4级联到ART-Pi P2接口模块4。
M1采用利尔达SX1280 SPI模块LSD4RF-2FL24N20(SX1280)。
M3采用利尔达SX1278 SPI模块LSD4RF-2F717N30(SX1278),同时M3兼容利尔达868M/915M SX1262 SPI模块LSD4RF-2R822N30(SX1262)。
M5采用我司利尔达SX1268 SPI模块LSD4RF-2F717N30(SX1278)。
M2采用利尔达SX1280 SPI模块LSD4RF-2FL24N20(SX1280)。
M4采用利尔达SX1278 SPI模块LSD4RF-2F717N30(SX1278),同时M3兼容利尔达868M/915M SX1262 SPI模块LSD4RF-2R822N30(SX1262)。
M6采用我司利尔达SX1268 SPI模块LSD4RF-2F717N30(SX1278)。
如图3所示,LoRaWAN串口接口模块2采用串口(USART1)与GPIO控制(MODE、WAKE、BUSY、STATUS、RESET),设计支持多种LoRaWAN模块。设计可通过SWD烧写接口(SWDIO、SWCLK)更新模块的固件。
如图4所示,树莓派接口\ART-PI P1接口模块3,对外接口P1(2.54mm 20*2Pin),设计上兼容树莓派3\4的接口定义,主要包括5V\3.3V电源、串口(USART1)\SPI A通道(SPI2)\I2C接口(I2C1)\GPIO等资源,该接口与LoRa SPI A通道、LoRa网关SX1302\4G PCIe接口、Adruino UNO v3接口、OLED I2C接口、LoRaWAN串口接口(USART1)等相互级联,使得LoRa扩展板既可以连接到树莓派使用,也可以连接到ART-Pi使用。P1接口设计采用了长引脚的排母座,以实现LoRa扩展板的堆叠。
如图5所示,对外接口P2(2.54mm 20*2Pin),设计分配为LoRa SPI模块SPI B通道(SPI4)、LoRa网关SX1302\4G PCIe的USB接口、GPIO、Aduruino UNO v3 ADC接口等。P2可以独立使用,也可以与P1组合使用。
如图6所示,Adruino接口模块5,包括Adruino UNO V3(2.54mm6Pin-8Pin-8Pin-10Pin)接口设计级联到P1接口的SPI2接口、I2C1接口、USART1接口等,A0\A3\A4\A5接口级联到P2接口,A0\A3\A4\A5同时支持ADC接口与FDCAN等功能接口,该功能可通过电阻(R41\R42、R43\R44、R45\R46、R47\R48)切换实现2个功能转换。该节点电路实现ART-Pi接口、树莓派\ART-Pi接口的相互转换。
如图7所示,LoRa网关SX1302 SPI模块(6)L设计上采用了Mini PCIe形式,电源供电设计了5V与3.3V供电方式的兼容方式,可通过电阻(R3\R4)实现功能切换。设计了同时支持两种访问SX1302模块的方式:SPI(SPI2)与遵循Mini PCIe标准的USB,可根据实际情况,插入上述两种访问方式的SX1302模块。设计I2C接口(I21)来访问SX1302模块板载的温湿度传感器。设计NSS\DIO1\RESET等IO口资源与SPI2结合,来控制SX1302模块板载的SX1262模块。同时SX1302接口设计兼容了mini PCIe 4G模块,实现LoRa网关SX1302与PCIe 4G模块组合。
如图8所示,4G模块7包含了SIM卡座的接口电路与4G模块的3.7V供电电路,SIM卡座设计连接到支持PCIe的4G模块SIM卡接口(SIM_PWR\SIM_DATA\SIM_CLK\SIM_RST\SIM_DETECT)。通过LDO(U3)实现5V到3.7V电压转换,然后作为4G模块的供电输入。通过PNP(Q1)三极管实现4G模块复位信号的电平转换。4G模块模块的数据访问通过PCIe的USB引脚(USB差分信号引脚连接到P2接口)。
还包括OLED接口电路模块,如图9所示,设计支持IIC接口(I2C1)的OLED模块,该接口连接到Arduino UNO v3(I2C1)、树莓派、ART-Pi(I2C1)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了LoRa SPI无线模块、树莓派接口\ART-PI P1接口模块等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (7)
1.一种多功能LoRa扩展板,其特征在于,包括LoRa SPI无线模块(1)、所述LoRa SPI无线模块(1)分别与树莓派接口\ART-PI P1接口模块(3)、ART-Pi P2接口模块(4)、Adruino接口模块(5)相连,树莓派接口\ART-PI P1接口模块(3)和ART-Pi P2接口模块(4)同时与LoRa网关SX1302 SPI模块(6)相连,树莓派接口\ART-PI P1接口模块(3)与LoRaWAN串口接口模块(2)相连,ART-Pi P2接口模块(4)与4G模块(7)相连,所述LoRa SPI无线模块(1)为2路通道,M1、M3、M5设计为一组同一路SPI,即SPI2,SPI2通道使用DIO1、DIO2、DIO3、NSS、RESET、SW_CTL分别复用相同的IO口,相互级联,并且SPI2级联到树莓派接口\ART-PI P1接口模块(3),M2、M4、M6设计为另外一组的同一路SPI,即SPI4,SPI4通道使用的DIO1、DIO2、DIO3、NSS、RESET、SW_CTL分别复用SPI2相同IO口,SPI4级联到ART-Pi P2接口模块(4),所述M1采用LSD4RF-2FL24N20;M3采用LSD4RF-2F717N30,同时M3兼容LSD4RF-2R822N30;M5采用LSD4RF-2F717N30;M2采用LSD4RF-2FL24N20;M4 LSD4RF-2F717N30,同时M4兼容LSD4RF-2R822N30;M6采用LSD4RF-2F717N30。
2.根据权利要求1所述的一种多功能LoRa扩展板,其特征在于,所述LoRaWAN串口接口模块(2)采用串口USART1与GPIO控制,包括MODE、WAKE、BUSY、STATUS、RESET,通过SWD烧写接口SWDIO和SWCLK更新模块的固件。
3.根据权利要求1所述的一种多功能LoRa扩展板,其特征在于,所述树莓派接口\ART-PI P1接口模块(3)包括5V\3.3V电源、串口USART1、SPI A通道SPI2、I2C接口I2C1和GPIO,P1接口与LoRa SPI A通道、LoRa网关SX1302\4G PCIe接口、Adruino UNO v3接口、OLED I2C接口、LoRaWAN串口接口USART1相互级联。
4.根据权利要求1所述的一种多功能LoRa扩展板,其特征在于,所述ART-Pi P2接口模块(4)的接口P2包括LoRa SPI无线模块(1)的SPI4通道、LoRa网关SX1302\4G PCIe的USB接口、GPIO和Aduruino UNO v3 ADC接口。
5.根据权利要求1所述的一种多功能LoRa扩展板,其特征在于,所述Adruino接口模块(5)的接口级联到P1接口的SPI2接口、I2C1接口、USART1接口,Adruino接口模块(5)还包括A0、A3、A4、A5接口,A0、A3、A4、A5接口级联到P2接口,A0、A3、A4、A5接口同时支持ADC接口与FDCAN功能接口。
6.根据权利要求1所述的一种多功能LoRa扩展板,其特征在于,所述4G模块(7)包含SIM卡座的接口电路与4G模块的3.7V供电电路,SIM卡座设计连接到支持PCIe的4G模块SIM卡接口,包括SIM_PWR、SIM_DATA、SIM_CLK、SIM_RST、SIM_DETECT;通过LDO的U3实现5V到3.7V电压转换,然后作为4G模块的供电输入;通过PNP的Q1三极管实现4G模块复位信号的电平转换,所述4G模块(7)的数据访问通过PCIe的USB引脚,USB差分信号引脚连接到P2接口。
7.根据权利要求1所述的一种多功能LoRa扩展板,其特征在于,还包括OLED接口电路模块,OLED接口电路模块支持IIC接口的I2C1,该接口连接到Arduino UNO v3的I2C1、树莓派和ART-Pi的I2C1。
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