什么是LoRa模块？一文读懂！

什么是LoRa模块？一文读懂！

随着我们的世界被连接设备和传感器所覆盖，一项持续存在的挑战阻碍了实施——大范围的可靠无线连接。虽然WiFi和蓝牙等技术培育了智能家居，但它们的范围限制了在庞大的基础设施、农场或分布式物流中的部署。远程(LoRa)无线技术是一项创新技术，允许微型电池供电设备将数据发送到数英里之外的无处不在的连接到云端的网关。这是通过LoRa模块实现的，这是一种邮票大小的硬件组件，包含LoRa通信所需的收发器、天线和微控制器。让我们开始揭开LoRa模块技术这个无线奇迹的面纱吧！

什么是LoRa模块

LoRa模块包含LoRa收发器芯片和微控制器，为其提供了远程通信所需的所有元件。它充当通过基于LoRa的网络连接传感器、执行器和各种物联网边缘设备的构建块。LoRa模块允许设备连接到LoRaWAN网络以远距离发送和接收数据。

LoRa模块可作为现成的独立组件提供，也可集成到开发板和传感器中。常见接口包括UART、SPI和I2C，用于与外部微控制器连接。或板载传感器。随着LoRaWAN在LPWAN应用中越来越受欢迎，经济实惠的LoRa模块生态系统呈指数级增长。

LoRa模块如何工作

LoRa模块通过使用Semtech开发的名为LoRa的专利扩频调制方法来实现多英里无线通信。它使用一种称为线性调频扩频(CSS)的扩频调制形式，其频率在整个信道带宽上随时间增加或减少。这使得信号可以在噪声底以下恢复，从而提供具有弹性的长通信范围。LoRa调制以原始数据速率换取灵敏度、抗干扰性和范围。

简而言之，LoRa模块接收输入数据，通过复杂的调制对其进行编码，并传输可在低功率水平下传输数英里的无线电信号。该信号由LoRa网关设备通过蜂窝、卫星、WiFi或以太网连接到互联网进行解调。然后，网关将数据转发到中央网络服务器进行处理和分析。通信以双向方式进行，终端设备在需要时将上行链路数据发送到服务器。服务器还可以通过网关将下行消息推送到终端节点。

LoRa模块的流行应用

LoRa网络的电池寿命长，范围广和稳健性好，非常适合连接低带宽传感器，并允许它们在不充电的情况下上传数年定期测量结果。因此，LoRa模块在许多工业物联网应用中得到广泛采用，包括： 智慧农业

LoRa模块可以通过土壤传感器跟踪农作物的微气候，从而可以根据农场每个区域的条件进行精确浇水和化学处理。位置跟踪器还可以跟踪资产使用情况，而灌溉设备传感器则可以监视泄漏或故障。

LoRa模块连接城市基础设施以进行远程监控。应用包括读取水表、煤气表和电表、监控路灯和交通流量、跟踪公共交通车辆、实时垃圾桶状态、供水系统的泄漏检测器等。

工厂受益于LoRa的资产监控，例如跟踪托盘或集装箱的状态和位置、易腐烂物品的温度监控、泄漏检测等。采矿场还使用LoRa网络进行通风监控、车辆跟踪等。

各国政府在森林、河流和濒危栖息地部署带有环境传感器的LoRa网络，以检测非法活动，并反馈恢复项目的数据。这些长寿命传感器形成物联网数据收集网络，收集土壤湿度、湿度、水质等关键指标。

LoRa资产跟踪器和状态监视器可实现整个供应链的可见性并防止损失。企业跟踪从仓库到客户的托盘，监控药品和食品是否偏离安全温度/湿度水平，确保高价值制成品在运输过程中的完整性等。

LoRa模块的优缺点

LoRa模块在远程连接和低功耗运行方面具有显著优势，这使得其对于许多物联网应用非常有用。然而，与任何技术一样，根据不同的用例，也应该考虑一些缺点。

LoRa模块的优点

让我们探讨一下推动采用这种远程无线标准的主要优势： 远程通信：在城市地区可达5公里，在农村地区可达15公里，或者在理想的视距位置下可达更远的距离。少量LoRa网关提供广泛的覆盖范围。 更大的网络容量，每个网关有数千个节点：使用不同的通道和扩展因子可以最大限度地减少冲突。单个LoRa网关可以同时处理数千个终端节点设备，确保大规模设备部署的容量。 低功耗：由于睡眠模式下的功耗极低，因此在发送小型常规数据包时，电池寿命可能长达数年。 抗干扰性：线性调频扩频调制具有出色的抗信道噪声和干扰能力。 安全数据传输：LoRaWAN定义了端到端AES-128位加密，以保证数据的机密性。 模块成本低：作为批量生产的硬件标准，LoRa模块和开发板价格相当实惠，促进了大规模采用。 全球网络互操作性：LoRaWAN协议确保不同制造商在全球部署的基础设施和模块之间的互操作性。

LoRa模块的缺点

虽然LoRa模块提供出色的无线范围和电池寿命，但也存在一些限制，包括：

LoRa与LoRaWAN的区别

当谈到LoRa和LoRaWAN时，LoRa指的是底层远程调制协议，而LoRaWAN定义了更高级别的网络通信层和系统架构： LoRa物理层——Semtech开发的LoRa物理调制层通过将数据编码到线性调频扩频数据包中，实现远程、低功耗无线RF连接。此处设置发射功率、比特率、通道数、载波频率等参数。 LoRaWAN媒体访问控制层——LoRaWAN是一个开放标准，定义了更高级别的通信层，例如设备和网关之间的身份验证、云集成、双向通信方法、接收时隙调度等。通过支持端到端AES-128加密来保护空中传输和回程链路的数据，也保证了安全性。

通过正确实施LoRaWAN，模块和网关可以在各种网络服务提供商之间进行互操作。目前大多数模块都集成了LoRaWAN协议，支持云连接。

选择正确LoRa模块的因素

通过LoRaWAN实现协议标准化，来自不同制造商的模块可以广泛兼容。但是，了解以下因素有助于为应用选择正确的组件： 频段支持：根据地理区域匹配适当的ISM频段，确保合规性。需要考虑的常见频段为433Mhz（亚洲）、868MHz（欧洲）和915MHz（北美）。 发射功率和接收器灵敏度：高功率模块可扩展范围，但消耗更多的能量。 温度范围：工业模块支持-40至+85°C之间的极端温度。 外形尺寸：微型SMD模块允许嵌入，而集成PCB选项适合原型设计。检查尺寸、天线选项、安装孔。 LoRaWAN类支持（A、B或C）：LoRaWAN规范定义了平衡双向性、延迟和电池寿命的终端设备类别。例如，A类可实现最大能源效率，而C类则以电池寿命换取实时响应能力。 CE、FCC等认证：认证表明模块符合商业部署所需的排放和抗扰度标准。

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