CN208272971U - 一种机联网lora模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种机联网LORA模块，包括MCU和安全芯片，所述MCU与安全芯片分别通过UART接口相连接，中，所述MCU分别双向连接有网络传输模块、DDR、EMMC、LoRa基带芯片和LoRa信号收发芯片，且所述MCU通过UART接口连接有数据采集模块。本实用新型：通过整体的转配，密钥封装于安全芯片内部，无法直接通过外部访问获得密钥，从而可避免密钥泄露，另外通过安全芯片进行硬件加密，加密过程不易被跟踪、破解。此外若外部攻击者获知了明文、密文及所使用的加密算法，无法破解密钥，不易被外部攻击者读取或更改，有较高的物理安全性，使得大大节省了研发成本，加强了模块网关的功能，提高了网关的使用效率，一个网关和与之相连的若干节点即可组成完整地LoRaWAN协议。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信领域，具体来说，涉及一种机联网LORA模块。
背景技术
LoRa是一种低功耗长距离无线通信技术，主要面向物联网（IoT）或M2M等，是应用于低功耗广域网(LPWAN) 的重要无线技术。LoRa无线通信技术主要具有特点：（1）长距离，在密集城市环境下，LoRa基站和网关具有较强的穿透能力；在空旷郊区终端节点传感器与距离可达15~30公里，甚至更远。（2）低成本，LoRa前期的基础建设和运营成本，以及终端节点传感器的成本低。（3）标准化，LoRaWAN保证了应用间的互操作性，物联网方案提供商和电信运营商可以加速采用和部署。（4）低功耗，LoRaWAN协议专为低功耗而开发，电池寿命可达数年。基于LoRa无线通信技术的LoRa数据传输模块主要具有数据获取功能和数据传输功能。LoRa数据传输模块安装于水表、气表、压力表等数据采集设备上，通过数据采集设备的标准接获取数据，所获数据即明文。之后，LoRa数据传输模块采用存储的加密算法对明文加密，获得密文。密文经编码后，通过LoRa射频单元进行前向纠错编码和扩频调制，再通过无线电波发射。区域内部署的网关接收发射数据，所接收数据通过有线宽带网络传输到网络服务器进行解密，将解密后数据转发或本地存储。目前市面上的LoRa数据传输模块主要包括主控单元（MCU）和LoRa射频单元（RF）。用来对明文进行加密的密钥存储于MCU的寄存器中，数据加密则通过存储于MCU中的加密算法实现。由于密钥存储于MCU的寄存器内，通过外部电路可获取密钥，导致密钥易泄露。由于数据加密通过软件程序实现，加密过程容易被跟踪、破解，使得使用时存在一定的局限性。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
针对相关技术中的问题，本实用新型的目的是提出一种机联网LORA模块，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种机联网LORA模块，包括MCU和安全芯片，所述MCU与安全芯片通过UART接口相连接，其中，所述MCU分别双向连接有网络传输模块、DDR、EMMC、LoRa基带芯片和LoRa信号收发芯片，且所述MCU通过UART接口连接有数据采集模块，所述MCU通过SPI接口连接有LoRa射频单元，所述LoRa射频单元双向连接有阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络连接有石英晶振，所述安全芯片双向连接有温度补偿晶振TCXO，所述温度补偿晶振TCXO双向连接有电源管理芯片，且所述安全芯片连接有MOS管，所述MOS管与所述MCU相连接，所述MOS管连接有VCC。
进一步的，所述LoRa射频单元连接有无线传输接口。
进一步的，所述MCU为STM32L151xE型号MCU。
进一步的，所述LoRa射频单元为SX1278芯片。
进一步的，所述MCU所述UART接口用于明文数据传输，所述SPI接口用于密文数据传输。
进一步的，所述安全芯片为HYM4616B2芯片。
本实用新型的有益效果：通过整体的转配，密钥封装于安全芯片内部，无法直接通过外部访问获得密钥，从而可避免密钥泄露，另外通过安全芯片进行硬件加密，加密过程不易被跟踪、破解。此外若外部攻击者获知了明文、密文及所使用的加密算法，无法破解密钥，不易被外部攻击者读取或更改，有较高的物理安全性，使得大大节省了研发成本，加强了模块网关的功能，提高了网关的使用效率，一个网关和与之相连的若干节点即可组成完整地LoRaWAN协议。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本实用新型实施例的机联网LORA模块的原理框图。
图中：
1、MCU；2、安全芯片；3、网络传输模块；4、DDR；5、EMMC；6、LoRa基带芯片；7、LoRa信号收发芯片；8、数据采集模块；9、LoRa射频单元；10、阻抗匹配网络；11、石英晶振；12、温度补偿晶振TCXO；13、电源管理芯片；14、MOS管；15、VCC。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
根据本实用新型的实施例，提供了一种机联网LORA模块。
如图1所示，根据本实用新型实施例所述的机联网LORA模块，包括MCU1和安全芯片2，所述MCU1与安全芯片2通过UART接口相连接，其中，所述MCU1分别双向连接有网络传输模块3、DDR4、EMMC5、LoRa基带芯片6和LoRa信号收发芯片7，且所述MCU1通过UART接口连接有数据采集模块8，所述MCU1通过SPI接口连接有LoRa射频单元9，所述LoRa射频单元9双向连接有阻抗匹配网络10，所述阻抗匹配网络10连接有石英晶振11，所述安全芯片2双向连接有温度补偿晶振TCXO12，所述温度补偿晶振TCXO12双向连接有电源管理芯片13，且所述安全芯片2连接有MOS管14，所述MOS管14与所述MCU1相连接，所述MOS管14连接有VCC15。
借助于上述技术方案，通过整体的转配，密钥封装于安全芯片内部，无法直接通过外部访问获得密钥，从而可避免密钥泄露，另外通过安全芯片进行硬件加密，加密过程不易被跟踪、破解。此外若外部攻击者获知了明文、密文及所使用的加密算法，无法破解密钥，不易被外部攻击者读取或更改，有较高的物理安全性，使得大大节省了研发成本，加强了模块网关的功能，提高了网关的使用效率，一个网关和与之相连的若干节点即可组成完整地LoRaWAN协议。
另外，在一个实施例中，由于LoRa数据传输采用电池供电，无需传输数时，主控单元和LoRa射频单元都自动进入Sleep模式，Sleep模式下主控单元和LoRa射频单元的功耗极低，一般都低至100nA以下。目前的安全芯片都不具备Sleep模式，无加密任务处理时，安全芯片的功耗约在10uA，为主控单元和LoRa射频单元总功耗的50倍左右。若直接将电源连接安全芯片的VCC引脚，将导致无数据处理时LoRa数据传输模块的功耗过高,，从而降低电源使用寿命。为此，本实用新型在安全芯片的供电VCC电路上增加了MOS管作为供电开关，通过主控单元的GPIO接口来控制MOS管的导通和关断，从而实现对安全芯片的供电和断电。安全芯片无加密任务处理时，主控单元通过GPIO接口将MOS管设置为关断状态，使安全芯片断电从而降低功耗。
另外，在一个实施例中，MCU1采用STM32L151XE型号超低功耗32位MCU芯片，其工作频率为32MHz，数据处理能力为33.3DMIPS.LoRa射频单元采用SX1278芯片，SX1278芯片使用前向纠错和扩频技术，可提升数据无线传输的距离和灵敏度。安全芯片采用HYM4616B2芯片，HYM4616B2芯片为ISO/ 'IEC 7816标准的CPU 卡芯片系列，集成低功耗8051微处理器。
另外，在一个实施例中，所述LoRa射频单元9连接有无线传输接口。
另外，在一个实施例中，所述MCU1为STM32L151xE型号MCU。
另外，在一个实施例中，所述LoRa射频单元9为SX1278芯片。
另外，在一个实施例中，所述MCU1所述UART接口用于明文数据传输，所述SPI接口用于密文数据传输。
另外，在一个实施例中，所述安全芯片2为HYM4616B2芯片。
综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过整体的转配，密钥封装于安全芯片内部，无法直接通过外部访问获得密钥，从而可避免密钥泄露，另外通过安全芯片进行硬件加密，加密过程不易被跟踪、破解。此外若外部攻击者获知了明文、密文及所使用的加密算法，无法破解密钥，不易被外部攻击者读取或更改，有较高的物理安全性，使得大大节省了研发成本，加强了模块网关的功能，提高了网关的使用效率，一个网关和与之相连的若干节点即可组成完整地LoRaWAN协议。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种机联网LORA模块，其特征在于，包括MCU（1）和安全芯片（2），所述MCU（1）与安全芯片（2）通过UART接口相连接，其中，所述MCU（1）分别双向连接有网络传输模块（3）、DDR（4）、EMMC（5）、LoRa基带芯片（6）和LoRa信号收发芯片（7），且所述MCU（1）通过UART接口连接有数据采集模块（8），所述MCU（1）通过SPI接口连接有LoRa射频单元（9），所述LoRa射频单元（9）双向连接有阻抗匹配网络（10），所述阻抗匹配网络（10）连接有石英晶振（11），所述安全芯片（2）双向连接有温度补偿晶振TCXO（12），所述温度补偿晶振TCXO（12）双向连接有电源管理芯片（13），且所述安全芯片（2）连接有MOS管（14），所述MOS管（14）与所述MCU（1）相连接，所述MOS管（14）连接有VCC（15）。
2.根据权利要求1所述的一种机联网LORA模块，其特征在于，所述LoRa射频单元（9）连接有无线传输接口。
3.根据权利要求1所述的一种机联网LORA模块，其特征在于，所述MCU（1）为STM32L151xE型号MCU。
4.根据权利要求1所述的一种机联网LORA模块，其特征在于，所述LoRa射频单元（9）为SX1278芯片。
5.根据权利要求1所述的一种机联网LORA模块，其特征在于，所述MCU（1）所述UART接口用于明文数据传输，所述SPI接口用于密文数据传输。
6.根据权利要求1所述的一种机联网LORA模块，其特征在于，所述安全芯片（2）为HYM4616B2芯片。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110233794A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-09-13 | 福州云象物联科技有限公司 | 一种具有对讲功能的多协议智能家居网关 |
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2018
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