使用LoRa搭建一个双向传呼机

大数据文摘 · 公众号 · 大数据 · 2020-12-31 12:35

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来源：IEEE

编译：xt

当今的你，如果想使用无线发送数据已经拥有了很多选择：Wi-Fi，蓝牙，Zigbee，以及蜂窝连接都是一些常用的选项。

但有一项比较新生的协议正在逐渐流行起来：基于LoRa的通信提供中距范围内（2公里至15公里） 低功耗、低带宽 的通讯——其通讯距离取决于周围环境的杂乱程度。

本文作者就自己动手做了一个 基于LoRa的双向传呼机 ，一起来看看~

LoRa源于迅猛发展的物联网，是使用分散光谱传输将远程传感器和嵌入式设备连接到中心节点的技术。数据传输率通常在 0.3-27kb/s ，上限速率可达50kb/s：较慢的数据传输对应着 更长的传输距离 。LoRa在最初版本专注于机器-机器通讯，但它极低的功耗吸引了喜欢鼓捣的人们去开发其他应用。

正如一部分人总是对尝试新的硬件技术感兴趣，我也想知道LoRa这项技术是否能用于人类间的通讯。数据传输的速率过低所以通话功能是不现实的，但有一种令人充满敬意的设备怎么样呢：我或许能做一只基于LoRa的双向传呼机。

虽然作为一名硬件工程师的我工作内容包含天线分析，但我对射频电路本身却不太熟悉。因此第一步我订购了两个AI-Thinker的Ra-o2 LoRa模块和两个基于ATmega328的微控制器（即单片机），翻出我的面包板，搭建概念验证设计。不久之后，我就实现了在屏幕上显示发送和接收到的字母和数字组成的字符串，使用的屏幕是一块为Nokia手机设计的 84*48像素 的LCD屏。

当然，你是不能拿一块面包板直接去做场地测试的，所以我设计了一个印刷电路原型，这个原型机复制了我面包板的设计，还带上了电池和一些控制按钮。

场地测试时正好是德国的寒冬，我和一位伙伴可不想在户外长距离跋涉，但我们证实了一公里开外的距离的通信可行。严寒的天气也暴露出一个意料之外的问题：传呼机中的一只用镍氢电池供电，另一只则使用锂离子电池。用镍氢电池的一只在低温中使用无虞，但 锂离子驱动的那只则由于电压跌落导致了微控制器的重启 。

这只双向传呼机使用LoRa的低功耗广播协议，有效传输距离在10公里至15公里。一个现成的LoRa接收器模块适配在定制的PCB板上，同时附带一个用户友好的显示屏以及导航控制。一个实时时钟模块负责追踪当地时间。

接下来我们需要一个更精致的设计。

最明显的升级体现在屏幕上，我用了一块128*64像素分辨率的LCD屏。同时也对微处理器进行了升级：我需要更多的算力，但也仍然想待在Arduino适配的生态中，所以我选择了 Atmel SAMD21 Cortex Mo ，可以用一系列“后AVR（Automatic Voltage Regulation，自动电压调整）”的Arduino微控制器驱动。

我还把AI-Thinker的模块替换为更流行的 RFM95W接收器 。最终的设计还包含了一只用于静音模式的传呼机马达，一个用于操作的3向导航开关，以及一个SD卡适配器。由于我天线分析的经验，PCB板二代迭代中大部分微调都专用于确保连接接收器到天线的走线要是最佳的50欧姆阻抗。传输线在PCB的另一边使用了接地面，所以利用PCB的厚度计算后得出我需要一条1mm宽的走线。对于接地面连接天线基座和接收器模块的方式我也多加调整，以便获得最佳的高频表现。

使用LoRa搭建一个双向传呼机

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