本實用新型屬于一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，具體涉及一種基于LoRa技術(shù)的USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要物理基礎(chǔ)。其目的是通過無線技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)量眾多的感知終端信息的采集，從而達到對物的感知和控制的功能。目前WSN常用的無線通信技術(shù)包括Zigbee技術(shù)、BLE技術(shù)、3G/4G技術(shù)、無線局域網(wǎng)技術(shù)。其中Zigbee技術(shù)和BLE技術(shù)主要應用于短距離的無線傳輸場景，對于遠距離的無線傳輸需求，需要搭建大量中繼，大大提高了通信的成本。3G/4G技術(shù)能提供遠距離通信，但終端設(shè)備功耗大，不符合物聯(lián)網(wǎng)終端低功耗的要求。無線局域網(wǎng)技術(shù)終端設(shè)備功耗大，信號易受墻體等建筑物影響。

中國專利CN204044814U公開了一種基于ZigBee技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器，USB總線保護器件通過USB總線與電腦USB接口相連，USB總線保護器件與MCU模塊相連，USB總線保護器件起到保護USB總線和MCU模塊的作用，USB總線保護器件還連接有通信指示燈和電源指示燈，MCU模塊通過串口線與ZigBee通信模塊連接實現(xiàn)無線模塊數(shù)據(jù)與MCU模塊數(shù)據(jù)通信，蜂鳴器與ZigBee通信模塊連接。該專利可以實現(xiàn)ZigBee無線數(shù)據(jù)與電腦數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)換，在ZigBee無線數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中有廣泛應用，且技術(shù)實現(xiàn)相對簡單，降低了設(shè)計制作成本。

LoRa(Long Range，遠程)調(diào)制技術(shù)是Semtech公司研發(fā)的一種基于擴頻技術(shù)的調(diào)制方式。利用該調(diào)制方式可以實現(xiàn)低速率數(shù)據(jù)的低功耗遠距離傳輸，可用于不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，實現(xiàn)終端信息的遠距離傳輸和對終端設(shè)備的遠距離控制。

USB作為一種通用串行總線標準，支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能，被廣泛應用于計算機通信領(lǐng)域、移動通信領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域，用于規(guī)范計算機系統(tǒng)、通信設(shè)備、儀表儀器等與外設(shè)的連接和通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

LoRa技術(shù)與USB技術(shù)結(jié)合可以實現(xiàn)對分布式環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)無線終端的信息采集和控制，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)與數(shù)字信號的雙向轉(zhuǎn)換，符合技術(shù)應用的發(fā)展方向，具有很好的應用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器，用以實現(xiàn)計算機系統(tǒng)等上位機系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)無線終端的遠距離雙向通信，如無線數(shù)據(jù)上傳，上位機控制命令下達等；亦可用于實現(xiàn)對工業(yè)儀器儀表等數(shù)據(jù)的采集上傳。

本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其包括USB模塊、USB總線、USB總線保護器、MCU、LoRa射頻模塊、電源模塊和發(fā)射接收天線，所述的USB模塊通過USB總線與上位機或采集設(shè)備的USB接口相連，USB總線與USB總線保護器連接，所述的USB模塊還與MCU通過8位數(shù)據(jù)線及控制線相連；所述的MCU通過SPI串口與LoRa射頻模塊連接，電源模塊給射頻模塊和MCU供電，LoRa射頻模塊與發(fā)射接收天線連接。

優(yōu)選地，所述的USB模塊還連接通信指示燈。通信指示燈用以指示是否有數(shù)據(jù)傳輸。

優(yōu)選地，所述的電源模塊通過USB接口連接5V電源。

優(yōu)選地，所述的MCU采用芯片STM8Lx。所述的MCU模塊采用型號為STM8Lx的超低功耗單片機，通過SPI接口接收LoRa射頻模塊的數(shù)據(jù)并通過USB總線發(fā)送給USB設(shè)備?；?qū)腢SB總線發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過SPI接口發(fā)送給LoRa射頻模塊。

優(yōu)選地，所述的LoRa射頻模塊采用芯片SX12x。所述的LoRa射頻模塊采用Semtech公司SX12x芯片，具有低功耗，靈敏度高的特點。同時通過SPI接口與MCU相連，負責將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電磁波，或?qū)㈦姶挪ㄞD(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。本實用新型可通過USB接口對LoRa射頻模塊進行配置，包括信道，發(fā)射功率，調(diào)制方式等。

優(yōu)選地，所述的USB模塊采用芯片CH372B。所述的USB模塊采用型號為CH372B的USB總線通用設(shè)備芯片，CH372B具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機/DSP/MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上，并支持低功耗模式。

本實用新型中，USB總線保護器起到保護USB總線及MCU的作用，USB模塊起到接口轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的作用。優(yōu)選地，所述的USB總線保護器采用型號為PJSR05的低電容二極管陣列，用于消除靜電放電影響及提供總線上器件的過壓保護。

優(yōu)選地，所述的電源模塊采用型號為RT9013的CMOS線性穩(wěn)壓器。

所述發(fā)射接收天線與所述LoRa射頻模塊相連，用于將電磁波發(fā)送給其它LoRa設(shè)備，或接收來自于其它LoRa設(shè)備的電磁波信號。

本實用新型采用LoRa調(diào)制技術(shù)，具有功耗低、傳輸距離遠、通信可靠的優(yōu)點，可通過USB接口實現(xiàn)與上位機、儀表儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等的雙向數(shù)據(jù)交換，在遠距離物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有廣泛的應用，且技術(shù)實現(xiàn)相對簡單，設(shè)計成本低。

附圖說明

圖1是本實用新型一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器的電路原理框圖。

圖2是本實用新型一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的技術(shù)方案作詳細闡述，但本實用新型的保護范圍并不限于此。

如附圖1所示，本實用新型的一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器，包括USB總線保護器、USB總線、USB模塊、通信指示燈、電源模塊、MCU模塊、LoRa射頻模塊、發(fā)射接收天線。所述的USB模塊通過USB總線與上位機或采集設(shè)備的USB接口相連，USB總線與USB總線保護器連接，所述的USB模塊還與MCU通過8位數(shù)據(jù)線及控制線相連；所述的MCU通過SPI串口與LoRa射頻模塊連接，電源模塊給射頻模塊和MCU供電，LoRa射頻模塊與發(fā)射接收天線連接。所述的USB模塊還連接通信指示燈。所述的電源模塊通過USB接口連接5V電源。

USB總線保護器采用低電壓低電容的瞬態(tài)保護器件PJSR05，保護USB總線及MCU免受靜電放電及過壓影響。

USB模塊采用型號為CH372B的USB總線通用設(shè)備芯片，用以實現(xiàn)外部USB數(shù)據(jù)與MCU數(shù)據(jù)的交換。

電源模塊采用型號為RT9013的CMOS線性穩(wěn)壓器，將USB端口輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，并提供給MCU及LoRa射頻模塊。RT9013具有低漏失、低噪音、快速的特點。

MCU模塊采用STM8Lx的超低功耗單片機，具有SPI接口。通過編程，MCU單片機通過USB總線模塊與外接USB設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信，并通過SPI接口與LoRa射頻模塊通信，從而實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)與USB設(shè)備數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)交換。

LoRa射頻模塊采用Semtech公司的SX12x射頻芯片。發(fā)射接收天線與所述射頻芯片連接，用于將電磁波發(fā)送給其它LoRa終端設(shè)備的無線通信模塊。

所述通信過程中，當USB總線上有數(shù)據(jù)傳輸時，通信指示燈閃爍。當設(shè)備接入總線時，該通信指示燈常亮。

如附圖2所示，本實用新型的一種基于LoRa調(diào)制技術(shù)的USB轉(zhuǎn)發(fā)器，其工作時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程分為發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)兩個方向：

USB轉(zhuǎn)發(fā)器向遠端LoRa設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)：本地USB外部設(shè)備通過USB總線將數(shù)據(jù)傳遞給USB轉(zhuǎn)發(fā)器。USB轉(zhuǎn)發(fā)器通過LoRa射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給遠端LoRa設(shè)備。

USB轉(zhuǎn)發(fā)器接收來自遠端LoRa設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)：遠端系統(tǒng)將數(shù)據(jù)報文通過其內(nèi)嵌的LoRa射頻模塊發(fā)送給USB轉(zhuǎn)發(fā)器。USB轉(zhuǎn)發(fā)器將接收到的數(shù)據(jù)通過USB總線轉(zhuǎn)發(fā)給本地USB外部設(shè)備。

上述的遠端LoRa設(shè)備既可以是內(nèi)嵌LoRa射頻模塊的上位機系統(tǒng)，也可以是由基于LoRa調(diào)制方式的USB轉(zhuǎn)發(fā)器和支持USB輸入的終端系統(tǒng)如計算機系統(tǒng)組成。