當(dāng)今的你，如果想使用無(wú)線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)已經(jīng)擁有了很多選擇：Wi-Fi，藍(lán)牙，Zigbee，以及蜂窩連接都是一些常用的選項(xiàng)。 但有一項(xiàng)比較新生的協(xié)議正在逐漸流行起來(lái)：基于LoRa的通信提供中距范圍內(nèi)（2公里至15公里）低功耗、低帶寬的通訊——其通訊距離取決于周?chē)h(huán)境的雜亂程度。 本文作者就自己動(dòng)手做了一個(gè)基于LoRa的雙向傳呼機(jī)，一起來(lái)看看~

LoRa源于迅猛發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)，是使用分散光譜傳輸將遠(yuǎn)程傳感器和嵌入式設(shè)備連接到中心節(jié)點(diǎn)的技術(shù)。數(shù)據(jù)傳輸率通常在0.3-27kb/s，上限速率可達(dá)50kb/s：較慢的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)應(yīng)著更長(zhǎng)的傳輸距離。LoRa在最初版本專(zhuān)注于機(jī)器-機(jī)器通訊，但它極低的功耗吸引了喜歡鼓搗的人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)其他應(yīng)用。 正如一部分人總是對(duì)嘗試新的硬件技術(shù)感興趣，我也想知道LoRa這項(xiàng)技術(shù)是否能用于人類(lèi)間的通訊。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蔬^(guò)低所以通話(huà)功能是不現(xiàn)實(shí)的，但有一種令人充滿(mǎn)敬意的設(shè)備怎么樣呢：我或許能做一只基于LoRa的雙向傳呼機(jī)。

雖然作為一名硬件工程師的我工作內(nèi)容包含天線(xiàn)分析，但我對(duì)射頻電路本身卻不太熟悉。因此第一步我訂購(gòu)了兩個(gè)AI-Thinker的Ra-o2 LoRa模塊和兩個(gè)基于ATmega328的微控制器（即單片機(jī)），翻出我的面包板，搭建概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)。不久之后，我就實(shí)現(xiàn)了在屏幕上顯示發(fā)送和接收到的字母和數(shù)字組成的字符串，使用的屏幕是一塊為Nokia手機(jī)設(shè)計(jì)的84*48像素的LCD屏。 當(dāng)然，你是不能拿一塊面包板直接去做場(chǎng)地測(cè)試的，所以我設(shè)計(jì)了一個(gè)印刷電路原型，這個(gè)原型機(jī)復(fù)制了我面包板的設(shè)計(jì)，還帶上了電池和一些控制按鈕。

場(chǎng)地測(cè)試時(shí)正好是德國(guó)的寒冬，我和一位伙伴可不想在戶(hù)外長(zhǎng)距離跋涉，但我們證實(shí)了一公里開(kāi)外的距離的通信可行。嚴(yán)寒的天氣也暴露出一個(gè)意料之外的問(wèn)題：傳呼機(jī)中的一只用鎳氫電池供電，另一只則使用鋰離子電池。用鎳氫電池的一只在低溫中使用無(wú)虞，但鋰離子驅(qū)動(dòng)的那只則由于電壓跌落導(dǎo)致了微控制器的重啟。

這只雙向傳呼機(jī)使用LoRa的低功耗廣播協(xié)議，有效傳輸距離在10公里至15公里。一個(gè)現(xiàn)成的LoRa接收器模塊適配在定制的PCB板上，同時(shí)附帶一個(gè)用戶(hù)友好的顯示屏以及導(dǎo)航控制。一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊負(fù)責(zé)追蹤當(dāng)?shù)貢r(shí)間。 接下來(lái)我們需要一個(gè)更精致的設(shè)計(jì)。 最明顯的升級(jí)體現(xiàn)在屏幕上，我用了一塊128*64像素分辨率的LCD屏。同時(shí)也對(duì)微處理器進(jìn)行了升級(jí)：我需要更多的算力，但也仍然想待在Arduino適配的生態(tài)中，所以我選擇了Atmel SAMD21 Cortex Mo，可以用一系列“后AVR（Automatic Voltage Regulation，自動(dòng)電壓調(diào)整）”的Arduino微控制器驅(qū)動(dòng)。

我還把AI-Thinker的模塊替換為更流行的RFM95W接收器。最終的設(shè)計(jì)還包含了一只用于靜音模式的傳呼機(jī)馬達(dá)，一個(gè)用于操作的3向?qū)Ш介_(kāi)關(guān)，以及一個(gè)SD卡適配器。由于我天線(xiàn)分析的經(jīng)驗(yàn)，PCB板二代迭代中大部分微調(diào)都專(zhuān)用于確保連接接收器到天線(xiàn)的走線(xiàn)要是最佳的50歐姆阻抗。傳輸線(xiàn)在PCB的另一邊使用了接地面，所以利用PCB的厚度計(jì)算后得出我需要一條1mm寬的走線(xiàn)。對(duì)于接地面連接天線(xiàn)基座和接收器模塊的方式我也多加調(diào)整，以便獲得最佳的高頻表現(xiàn)。

此外，我選擇了時(shí)髦的黑色作為PCB板阻焊層，結(jié)果產(chǎn)生了又一個(gè)意外結(jié)果。我用來(lái)貼片的回流焊機(jī)使用紅外加熱器，在我第一次貼片的時(shí)候，表面的黑色阻焊層受熱比我常用的綠色PCB板更快。結(jié)果就是焊點(diǎn)呈現(xiàn)出經(jīng)典過(guò)熱金-棕色污漬——我竟成了時(shí)尚的受害者！ 在我進(jìn)行調(diào)整搞定一切組裝后，開(kāi)始測(cè)試電路板，這時(shí)候我意識(shí)到開(kāi)關(guān)按鈕控制存在一個(gè)問(wèn)題：按下電源鍵時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器開(kāi)始向SAMD21的微處理器施加3.3V電壓。 其中存在一項(xiàng)安全功能，如果控制器未在2s內(nèi)收到來(lái)自處理器啟動(dòng)的確認(rèn)，就會(huì)中斷供電。但SAMD21需要2.5s才能做出應(yīng)答！我只好去查控制器規(guī)格書(shū)，發(fā)現(xiàn)了終極解決方案，規(guī)格書(shū)里一條說(shuō)明表示該控制器可以通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)實(shí)現(xiàn)10s等待。隨著新開(kāi)關(guān)控制器的到位，我用熱風(fēng)槍把新部件固定到了相應(yīng)位置。

傳呼機(jī)平臺(tái)：Arduino適配的微處理器控制LoRa模塊，而用戶(hù)可以把任何現(xiàn)成的外圍設(shè)備，配合支持I2C協(xié)議的Arduino庫(kù)使用，外圍設(shè)備直接通過(guò)PCB板上的專(zhuān)用插座連接。 測(cè)試中還出現(xiàn)了另一個(gè)小問(wèn)題：我把板載實(shí)時(shí)時(shí)鐘的數(shù)據(jù)線(xiàn)接反了，這是用來(lái)計(jì)當(dāng)?shù)貢r(shí)間，并通過(guò)I2C協(xié)議和SAMD21相連的。修好這個(gè)問(wèn)題后，我的傳呼機(jī)正式完成，我將它命名為L(zhǎng)oRaNicator。

因?yàn)橄啾染幊涛覍?duì)硬件設(shè)計(jì)更感興趣，整個(gè)系統(tǒng)軟件構(gòu)成十分基礎(chǔ)，僅僅負(fù)責(zé)用戶(hù)間的文本信息交換。我希望其他人或許能夠?qū)oRaNicator當(dāng)作一個(gè)開(kāi)源平臺(tái)，利用好這一低功耗、基礎(chǔ)構(gòu)造簡(jiǎn)單的通訊方式，制作出更多更復(fù)雜的應(yīng)用。我也在嘗試讓LoRaNicator硬件擴(kuò)展變得更容易，通過(guò)一系列可外接I2C設(shè)備的外部針腳，讓它能夠連接諸如GPS單元或其他類(lèi)型的傳感器。

原文標(biāo)題：使用LoRa搭建一個(gè)雙向傳呼機(jī)

文章出處：【微信公眾號(hào)：微波射頻網(wǎng)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq