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传感器与LoRa远距离通信_低功耗广域网在物联网传感器中的应用.docx
资料介绍
传感器与LoRa远距离通信：低功耗广域网在物联网传感器中的应用
1 引言
LoRa（Long Range）是物联网传感器最常用的低功耗广域网（LPWAN）通信技术之一。LoRa以极低的功耗实现2—15km的通信距离，一颗纽扣电池可以让传感器节点工作数年，非常适合户外环境监测、智慧农业和智能抄表等场景。本文解析LoRa在物联网传感器中的应用原理和工程实现。
2 LoRa技术原理
扩频调制：LoRa使用CSS（啁啾扩频）调制技术，将信号扩展到较宽的频带上传输，具有极高的接收灵敏度（-148dBm），比FSK调制的灵敏度高约20dB。
工作频段：Sub-1GHz ISM频段，中国使用470—510MHz，欧洲使用868MHz，北美使用915MHz。Sub-1GHz频段的穿透性和绕射能力优于2.4GHz。
数据速率：0.3—50kbps，速率越低，通信距离越远，灵敏度越高。SF（扩频因子）7—12可调，SF12时速率最低（约0.3kbps），灵敏度最高（-148dBm），通信距离最远。
3 LoRa传感器节点硬件设计
LoRa芯片：SX1276/SX1278（Semtech），支持LoRa和FSK调制，最大发射功率+20dBm。SPI接口与MCU通信。
MCU：STM32L0（Cortex-M0+，超低功耗），通过SPI控制LoRa芯片，读取传感器数据，组包发送。
天线：1/4波长单极天线或螺旋天线，阻抗50Ω，需要匹配电路。天线设计直接影响通信距离，应使用PCB天线或外置天线。
功耗：发射电流约50—120mA（+14dBm—+20dBm），接收电流约10mA，休眠电流<1μA。每天发送100字节数据时，平均功耗约10—20μA，2节AA电池可工作3—5年。
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