一种基于LoRa的无线通信装置及无线通信方法与流程

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于lora的无线通信装置，还涉及一种基于所述无线通信装置的无线通信方法。

背景技术：

单片lora芯片具有长距离、低速率、低功耗的特点。数据传输速率低(37.5kb/s)使得lora的应用场景受到限制，生活中还有许多场景需要长距离、中速率甚至高速率。zigbee、wlan具有较高的传输速率，但距离太近，都不能较好得解决某些生活场景。

技术实现要素：

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于lora的无线通信装置，还提供一种基于所述无线通信装置的无线通信方法。

本发明无线通信装置包括mcu和两片以上的lora射频芯片，其中，所述lora射频芯片并接在与mcu相连的总线上，所述lora射频芯片收发数据采用中断的方式，每片lora射频芯片的收发中断引脚分别与mcu的外部中断引脚相连，

所述mcu包括分包组包模块，用于根据数据的长度将数据拆分成数据片，分配相应的lora射频芯片并行发送，并将接收到的数据片按照数据协议组装成数据；

lora射频芯片管理模块，用于对各个硬件初始化及管理lora射频芯片接收、发送数据；信道管理模块，用于设置相互通信的两个无线通信装置的信道和频率。

本发明作进一步改进，所述mcu设有spi接口和/或usb接口。

本发明作进一步改进，所述lora射频芯片通过spi总线并接在mcu的spi接口端。

本发明作进一步改进，所述lora射频芯片分别通过usb转spi芯片并接在与mcu的usb接口相连的usb总线上。

本发明作进一步改进，所述lora射频芯片为semtech公司的sx127x系列射频芯片。

本发明还提供一种基于所述无线通信装置的无线通信方法，包括数据发送和数据接收步骤，其中，

数据发送步骤的处理方法包括：

a1：开始，lora射频芯片管理模块初始化mcu和lora射频芯片相关的外部中断、spi或者usb总线、以及lora射频芯片的gpio脚；

a2：初始化所有lora射频芯片相关寄存器，信道管理模块配置中断、配置收发缓冲、配置固定的收发频率；

a3：等待有数据需要发送；

a4：开始发送数据，分包组包模块根据数据的长度对数据进行分片，然后将数据片分别写到不同的lora射频芯片的发送缓存中；

a5：配置lora射频芯片发送中断，数据片发送完毕，中断发生；

a6：判断此次是否还有数据需要发送，如果是，执行步骤a4，如果否，执行步骤a3，所述数据接收步骤的处理方法包括：

b1：开始，lora射频芯片管理模块初始化mcu和lora射频芯片相关的外部中断、spi或者usb总线、以及lora射频芯片的gpio脚；

b2：初始化所有lora射频芯片相关寄存器，信道管理模块配置中断、配置收发缓冲、配置固定的收发频率；

b3：等待数据接收中断；

b4：lora射频芯片发生接收中断，开始接收数据；

b5：清除接收中断；

b6：分包组包模块将接收的数据片按数据协议组装。

本发明作进一步改进，在步骤a4中，所述分包组包模块的分包处理方法为：开始，判断数据的总长度是否大于n*m，其中，n为lora射频芯片的片数，m为lora射频芯片的发送缓存大小，如果是，按每包数据最大长度为m进行分割，如果否，每包数据长度按总长度除以n分割，结束。

本发明作进一步改进，在步骤b6中，所述分包组包模块的组包处理方法为：

b61：开始，依次按中断顺序读取lora射频芯片接收缓存的数据；

b62：按数据协议解析数据，按包序排列好数据；

b63：所有的数据片都收到，结束。

本发明作进一步改进，所述数据协议格式包括总包数、包序、数据长度、数据和crc。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：有效解决了lora射频芯片传输数据率低的问题；充分优化了分包和组包，使得发送速率和效率大大增大；充分利用lora射频芯片sx127x的长距离的特点，生成了一种新的长距离、中速率的无线通信方法。

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图；

图2为本发明另一实施例结构示意图；

图3为数据发送方法流程图；

图4为分包方法流程图；

图5为数据接收方法流程图；

图6为组包方法流程图；

图7为数据协议格式示意图；

图8为分包组包场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明无线通信装置包括mcu(微控制单元)和两片以上的lora射频芯片，其中，所述lora射频芯片并接在与mcu相连的总线上，所述lora射频芯片收发数据采用中断的方式，每片lora射频芯片的收发中断引脚分别与mcu的外部中断引脚相连。

本例的mcu设有spi(串行外设接口)接口和/或usb接口。作为本发明的一个实施例，所述lora射频芯片通过spi总线并接在mcu的spi接口端，所有的lora射频芯片挂载到mcu的spi总线上，将lora射频芯片的收发中断引脚都连接到mcu的外部中断引脚上。

作为另一个实施例，本例的lora射频芯片分别通过usb转spi芯片并接在与mcu的usb接口相连的usb总线上，所有的lora射频芯片首先通过usb转spi芯片将spi接口转换为usb接口，然后挂载到mcu的usb总线上，将lora射频芯片的收发中断引脚都连接到mcu的外部中断引脚上。

本例的lora射频芯片优选为semtech公司提供的用于终端节点通信用的sx127x系列射频芯片，传输距离长。

本例主要通过硬件上和软件上的改进，采用多片lora射频芯片并发，建造一种基于lora的长距离(3-30km)、中速率的无线通信方法，实现数据的并发，从而有效解决了lora射频芯片sx127x数据率低的问题，极大的提高数据发送的速率和效率。

在软件上，本例mcu包括分包组包模块、lora射频芯片管理模块和信道管理模块。本发明以sx127x射频芯片为例进行详细说明。

分包组包模块用于根据数据的长度将数据拆分成数据片，分配相应的lora射频芯片并行发送，并将接收到的数据片按照数据协议组装成数据。分包主要考虑最后当数据的长度小于所有lora射频芯片sx127x的发送缓存总和时，这时采用均分发送的方式，而不是让某几个lora射频芯片sx127x发送，而其他不发送，这样发送会更快。

lora射频芯片管理模块主要是sx127x射频芯片的硬件初始化和接收、发送数据。硬件初始化主要包括mcu相关的spi或usb总线、mcu和sx127x的相关中断。接收和发送数据主要为操作sx127x相关缓存和中断标记寄存器。

信道管理模块：用于设置相互通信的两个无线通信装置的信道和频率。两个设备之间需要通信的话，需要设置相同的信道和频率，比如设备a第一片sx127x和设备b第一片sx127x的信道和频率的相同，剩下的sx127x类似。

本例还提供一种基于所述无线通信装置的无线通信方法，包括数据发送和数据接收步骤。

如图3所示，所述数据发送步骤的处理方法包括：

a1：开始，lora射频芯片管理模块初始化mcu和lora射频芯片相关的外部中断、spi或者usb总线、以及lora射频芯片的gpio(通用输入输出)脚；

a2：初始化所有lora射频芯片相关寄存器，信道管理模块配置中断、配置收发缓冲、配置固定的收发频率；

a3：等待有数据需要发送；

a4：开始发送数据，分包组包模块根据数据的长度对数据进行分片，然后将数据片分别写到不同的lora射频芯片的发送缓存中；

a5：配置lora射频芯片发送中断，数据片发送完毕，中断发生；

a6：判断此次是否还有数据需要发送，如果是，执行步骤a4，如果否，执行步骤a3。

如图4所示，在步骤a4中，所述分包组包模块的分包处理方法为：

开始，判断数据的总长度是否大于n*m，其中，n为lora射频芯片的片数，m为lora射频芯片的发送缓存大小，如果是，按每包数据最大长度为m进行分割，如果否，每包数据长度按总长度除以n分割，结束。

如图5所示，所述数据接收步骤的处理方法包括：

b1：开始，lora射频芯片管理模块初始化mcu和lora射频芯片相关的外部中断、spi或者usb总线、以及lora射频芯片的gpio脚；

b2：初始化所有lora射频芯片相关寄存器，信道管理模块配置中断、配置收发缓冲、配置固定的收发频率；

b3：等待数据接收中断；

b4：lora射频芯片发生接收中断，开始接收数据；

b5：清除接收中断；

b6：分包组包模块将接收的数据片按数据协议组装。

如图6所示，在步骤b6中，所述分包组包模块的组包处理方法为：

b61：开始，依次按中断顺序读取lora射频芯片接收缓存的数据；

b62：按数据协议解析数据，按包序排列好数据；

b63：所有的数据片都收到，结束。

如图7和图8所示，所述数据协议格式包括总包数、包序、数据长度、数据和crc(循环冗余校验码，cyclicredundancycheck)。

当两个或两个以上无线通信装置进行通信的时候，只需要将其配置相同的信道和频率，放在lora的传输距离范围内，即可实现中速率通信。本例以每个无线通信装置包括6片lora射频芯片sx127x，采用6片射频芯片sx127x并发，则理论传输速率可达225kbs。该速率可以远远扩大之前单片sx127x的应用场景，当然，若采用更多片sx127x，则传输速率将更快。

发送数据的无线通信装置的mcu将数据分为n个数据片，然后分别分配给6片sx127x，让6片sx127x同时发送，接收数据的无线通信装置同样包括6片sx127x，与发送数据的6片sx127x一一对应接收，接收后，按照包序进行排序组装成原数据。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。