什么是LoRa模塊？一文讀懂！

隨著我們的世界被連接設(shè)備和傳感器所覆蓋，一項(xiàng)持續(xù)存在的挑戰(zhàn)阻礙了實(shí)施——大范圍的可靠無(wú)線連接。雖然WiFi和藍(lán)牙等技術(shù)培育了智能家居，但它們的范圍限制了在龐大的基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)場(chǎng)或分布式物流中的部署。遠(yuǎn)程(LoRa)無(wú)線技術(shù)是一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，允許微型電池供電設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)英里之外的無(wú)處不在的連接到云端的網(wǎng)關(guān)。這是通過(guò)LoRa模塊實(shí)現(xiàn)的，這是一種郵票大小的硬件組件，包含LoRa通信所需的收發(fā)器、天線和微控制器。讓我們開始揭開LoRa模塊技術(shù)這個(gè)無(wú)線奇跡的面紗吧！

什么是LoRa模塊

LoRa模塊包含LoRa收發(fā)器芯片和微控制器，為其提供了遠(yuǎn)程通信所需的所有元件。它充當(dāng)通過(guò)基于LoRa的網(wǎng)絡(luò)連接傳感器、執(zhí)行器和各種物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備的構(gòu)建塊。LoRa模塊允許設(shè)備連接到LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)以遠(yuǎn)距離發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

LoRa模塊可作為現(xiàn)成的獨(dú)立組件提供，也可集成到開發(fā)板和傳感器中。常見接口包括UART、SPI和I2C，用于與外部微控制器連接。或板載傳感器。隨著LoRaWAN在LPWAN應(yīng)用中越來(lái)越受歡迎，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的LoRa模塊生態(tài)系統(tǒng)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

LoRa模塊如何工作

LoRa模塊通過(guò)使用Semtech開發(fā)的名為L(zhǎng)oRa的專利擴(kuò)頻調(diào)制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多英里無(wú)線通信。它使用一種稱為線性調(diào)頻擴(kuò)頻(CSS)的擴(kuò)頻調(diào)制形式，其頻率在整個(gè)信道帶寬上隨時(shí)間增加或減少。這使得信號(hào)可以在噪聲底以下恢復(fù)，從而提供具有彈性的長(zhǎng)通信范圍。LoRa調(diào)制以原始數(shù)據(jù)速率換取靈敏度、抗干擾性和范圍。

簡(jiǎn)而言之，LoRa模塊接收輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)復(fù)雜的調(diào)制對(duì)其進(jìn)行編碼，并傳輸可在低功率水平下傳輸數(shù)英里的無(wú)線電信號(hào)。該信號(hào)由LoRa網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過(guò)蜂窩、衛(wèi)星、WiFi或以太網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行解調(diào)。然后，網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到中央網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行處理和分析。通信以雙向方式進(jìn)行，終端設(shè)備在需要時(shí)將上行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。服務(wù)器還可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)將下行消息推送到終端節(jié)點(diǎn)。

LoRa模塊的流行應(yīng)用

LoRa網(wǎng)絡(luò)的電池壽命長(zhǎng)，范圍廣和穩(wěn)健性好，非常適合連接低帶寬傳感器，并允許它們?cè)诓怀潆姷那闆r下上傳數(shù)年定期測(cè)量結(jié)果。因此，LoRa模塊在許多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中得到廣泛采用，包括： 智慧農(nóng)業(yè)

LoRa模塊可以通過(guò)土壤傳感器跟蹤農(nóng)作物的微氣候，從而可以根據(jù)農(nóng)場(chǎng)每個(gè)區(qū)域的條件進(jìn)行精確澆水和化學(xué)處理。位置跟蹤器還可以跟蹤資產(chǎn)使用情況，而灌溉設(shè)備傳感器則可以監(jiān)視泄漏或故障。

LoRa模塊連接城市基礎(chǔ)設(shè)施以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。應(yīng)用包括讀取水表、煤氣表和電表、監(jiān)控路燈和交通流量、跟蹤公共交通車輛、實(shí)時(shí)垃圾桶狀態(tài)、供水系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)器等。

工廠受益于LoRa的資產(chǎn)監(jiān)控，例如跟蹤托盤或集裝箱的狀態(tài)和位置、易腐爛物品的溫度監(jiān)控、泄漏檢測(cè)等。采礦場(chǎng)還使用LoRa網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通風(fēng)監(jiān)控、車輛跟蹤等。

各國(guó)政府在森林、河流和瀕危棲息地部署帶有環(huán)境傳感器的LoRa網(wǎng)絡(luò)，以檢測(cè)非法活動(dòng)，并反饋恢復(fù)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)。這些長(zhǎng)壽命傳感器形成物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò)，收集土壤濕度、濕度、水質(zhì)等關(guān)鍵指標(biāo)。

LoRa資產(chǎn)跟蹤器和狀態(tài)監(jiān)視器可實(shí)現(xiàn)整個(gè)供應(yīng)鏈的可見性并防止損失。企業(yè)跟蹤從倉(cāng)庫(kù)到客戶的托盤，監(jiān)控藥品和食品是否偏離安全溫度/濕度水平，確保高價(jià)值制成品在運(yùn)輸過(guò)程中的完整性等。

LoRa模塊的優(yōu)缺點(diǎn)

LoRa模塊在遠(yuǎn)程連接和低功耗運(yùn)行方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，這使得其對(duì)于許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用非常有用。然而，與任何技術(shù)一樣，根據(jù)不同的用例，也應(yīng)該考慮一些缺點(diǎn)。

LoRa模塊的優(yōu)點(diǎn)

讓我們探討一下推動(dòng)采用這種遠(yuǎn)程無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的主要優(yōu)勢(shì)： 遠(yuǎn)程通信：在城市地區(qū)可達(dá)5公里，在農(nóng)村地區(qū)可達(dá)15公里，或者在理想的視距位置下可達(dá)更遠(yuǎn)的距離。少量LoRa網(wǎng)關(guān)提供廣泛的覆蓋范圍。 更大的網(wǎng)絡(luò)容量，每個(gè)網(wǎng)關(guān)有數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)：使用不同的通道和擴(kuò)展因子可以最大限度地減少?zèng)_突。單個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可以同時(shí)處理數(shù)千個(gè)終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備，確保大規(guī)模設(shè)備部署的容量。 低功耗：由于睡眠模式下的功耗極低，因此在發(fā)送小型常規(guī)數(shù)據(jù)包時(shí)，電池壽命可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)年。 抗干擾性：線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制具有出色的抗信道噪聲和干擾能力。 安全數(shù)據(jù)傳輸：LoRaWAN定義了端到端AES-128位加密，以保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性。 模塊成本低：作為批量生產(chǎn)的硬件標(biāo)準(zhǔn)，LoRa模塊和開發(fā)板價(jià)格相當(dāng)實(shí)惠，促進(jìn)了大規(guī)模采用。 全球網(wǎng)絡(luò)互操作性：LoRaWAN協(xié)議確保不同制造商在全球部署的基礎(chǔ)設(shè)施和模塊之間的互操作性。

LoRa模塊的缺點(diǎn)

雖然LoRa模塊提供出色的無(wú)線范圍和電池壽命，但也存在一些限制，包括：

LoRa與LoRaWAN的區(qū)別

當(dāng)談到LoRa和LoRaWAN時(shí)，LoRa指的是底層遠(yuǎn)程調(diào)制協(xié)議，而LoRaWAN定義了更高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)通信層和系統(tǒng)架構(gòu)： LoRa物理層——Semtech開發(fā)的LoRa物理調(diào)制層通過(guò)將數(shù)據(jù)編碼到線性調(diào)頻擴(kuò)頻數(shù)據(jù)包中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、低功耗無(wú)線RF連接。此處設(shè)置發(fā)射功率、比特率、通道數(shù)、載波頻率等參數(shù)。 LoRaWAN媒體訪問(wèn)控制層——LoRaWAN是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，定義了更高級(jí)別的通信層，例如設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間的身份驗(yàn)證、云集成、雙向通信方法、接收時(shí)隙調(diào)度等。通過(guò)支持端到端AES-128加密來(lái)保護(hù)空中傳輸和回程鏈路的數(shù)據(jù)，也保證了安全性。

通過(guò)正確實(shí)施LoRaWAN，模塊和網(wǎng)關(guān)可以在各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商之間進(jìn)行互操作。目前大多數(shù)模塊都集成了LoRaWAN協(xié)議，支持云連接。

選擇正確LoRa模塊的因素

通過(guò)LoRaWAN實(shí)現(xiàn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，來(lái)自不同制造商的模塊可以廣泛兼容。但是，了解以下因素有助于為應(yīng)用選擇正確的組件： 頻段支持：根據(jù)地理區(qū)域匹配適當(dāng)?shù)腎SM頻段，確保合規(guī)性。需要考慮的常見頻段為433Mhz（亞洲）、868MHz（歐洲）和915MHz（北美）。 發(fā)射功率和接收器靈敏度：高功率模塊可擴(kuò)展范圍，但消耗更多的能量。 溫度范圍：工業(yè)模塊支持-40至+85°C之間的極端溫度。 外形尺寸：微型SMD模塊允許嵌入，而集成PCB選項(xiàng)適合原型設(shè)計(jì)。檢查尺寸、天線選項(xiàng)、安裝孔。 LoRaWAN類支持（A、B或C）：LoRaWAN規(guī)范定義了平衡雙向性、延遲和電池壽命的終端設(shè)備類別。例如，A類可實(shí)現(xiàn)最大能源效率，而C類則以電池壽命換取實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。 CE、FCC等認(rèn)證：認(rèn)證表明模塊符合商業(yè)部署所需的排放和抗擾度標(biāo)準(zhǔn)。

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