LoRa无线串口透传模块是什么

　　LoRa无线串口透传模块是一种基于LoRa技术的无线通信模块，主要用于实现远距离、低功耗的数据传输。该模块通过串口接收数据，并将其无线传输到指定的接收端，实现数据的透明转发功能。

　　LoRa无线串口透传模块具有以下特点：

　　远距离传输：LoRa技术通过扩频调制技术，能够实现从几米到几十公里的远距离数据传输，适用于广域范围内的数据传输需求。

　　低功耗：LoRa模块设计注重低功耗，适合长时间运行的设备，延长了电池寿命。

　　抗干扰能力强：LoRa技术具有较强的抗干扰能力，能够在复杂的环境中稳定工作。

　　多种通信模式：支持点对点、星型和网状等多种组网方式，适用于不同的应用场景。

　　灵活配置：用户可以通过AT命令设置模块参数，如无线通信速率、信道等，以适应不同的使用需求。

　　高稳定性：LoRa模块具备数据加密功能，确保数据传输的安全性和可靠性。

　　广泛的应用领域：LoRa无线串口透传模块在智能家居、工业自动化、物联网等多个领域有广泛应用，能够满足远程控制和监控的需求。

　　总之，LoRa无线串口透传模块是一种高性能的无线数据传输解决方案，适用于需要远距离、低功耗、高稳定性的无线通信场景。

　　一、 LoRa无线串口透传模块的具体技术参数和性能指标

　　LoRa无线串口透传模块的技术参数和性能指标如下：

　　1. 工作电压：

• 　　DC12V@1A。
• 　　3.3V或5V。
• 　　1.8 ~ 3.6V。

　　2. 工作频段：

• 　　401-510MHz(禁用频点：416MHz、448MHz、450MHz、480MHz、485MHz)。
• 　　可选433M/490M或868M/915M开放频段。
• 　　410MHz-510MHz和850MHz-935MHz ISM频段。

　　3. 无线发射功率：

• 　　最大19±1dBm。
• 　　最高可达33dBm。
• 　　最大500mW(27dBm@433MHz)，100mW(20dBm@868MHz)。

　　4. 接收灵敏度：

• 　　-136±1dBm(@250bps)。
• 　　-148dBm(@300bps)。
• 　　-124dBm@125K, SF7。

　　5. 通信距离：

• 　　可达5km@250bps(测试环境下)。
• 　　城镇可达2~5 km，郊区可达10~15 km。
• 　　通信距离可达2km(100mW)或4km(500mW)。
• 　　通信距离可达10.000米(在300 bps时)。

　　6. 通信速率：

• 　　OOK调制时1.2~32.738kbps，LoRa调制时0.2~37.5kbps。
• 　　空中数据速率：300 – 19200 bps，UART数据速率：1200 – 57600 bps。

　　7. 调制方式：

• 　　LoRa调制方式，兼容并支持传统调制方式(FSK、GFSK、OOK)。

　　8. 其他特性：

• 　　支持硬件跳频(FHSS)。
• 　　支持串口唤醒、空中唤醒等多种工作模式，并内置看门狗以保证长期稳定运行。
• 　　支持RSSI(接收信号强度指示)，通过接收到的信号强弱可以大致估计发射点与接收点之间的距离。
• 　　支持自动分包传输，保证数据包的完整性。
• 　　支持多种接口，如SPI、I2C、UART等。

　　二、 LoRa无线串口透传模块在实际应用中的案例

　　LoRa无线串口透传模块在实际应用中有着广泛的应用案例，以下是几个典型的案例分析：

　　在Modbus抄表系统中，LoRa无线串口透传模块被用于数据采集和设备控制。具体来说，集中器与抄表云平台通过socket连接或串口连接本地抄表软件，云平台或抄表软件下发的Modbus查询指令通过网络或串口传送给集中器。集中器再将这些指令通过LoRa无线传输给模组，模组将查询指令透传给对应的设备。只有目标设备接收到查询指令后会做出回复，并通过模组→集中器→云平台/抄表软件完成一次数据采集过程。

　　在蔬菜大棚的应用中，LoRa数传终端(主站)与PC端服务器建立socket连接，服务器下发的查询指令通过串口输出给LoRa数传终端，再转发给指定的从站设备，完成一次数据采集过程。控制指令则通过服务器发送至LoRa数传终端，再转发给从站设备，实现对阀门的控制。该方案适用于距离较远且环境遮挡较少的场景，如1公里左右范围内可以选择速率8-9.而在3公里以内可以选择速率5-7进行测试。

　　LoRa模块在多径传播条件下表现出良好的性能，特别是在矿井环境中。实验表明，在矿井隧道中，LoRa模块的最大通信范围可达150米，远超传统无线电通信的30%。这种性能使得LoRa技术成为矿井通信的理想选择。

　　研究者在建筑物的不同楼层部署了八台接收模块，以评估LoRa模块在混凝土墙上的穿透性能。结果显示，LoRa信号能够在不同楼层之间有效传播，尽管在某些情况下信号可能会有所衰减。这一实验有助于理解LoRa技术在复杂环境下的应用潜力。

　　三、 如何配置LoRa无线串口透传模块以优化其通信速率和信道选择?

　　要优化LoRa无线串口透传模块的通信速率和信道选择，可以按照以下步骤进行配置：

　　1. 串口波特率设置：

　　默认情况下，串口波特率为9600bps，但可以根据实际需求调整。例如，如果需要更高的数据传输速率，可以将波特率设置为115200bps。

　　设置波特率的命令可以通过串口发送来完成。

　　2. 无线通信速率设置：

　　LoRa无线通信速率可以在50.78bps到31.2Kbps之间进行配置。

　　根据实际应用场景选择合适的速率。例如，如果需要更高的传输速度，可以选择较高的速率;如果需要更远的传输距离和更强的抗干扰能力，则应选择较低的速率。

　　3. 信道选择：

　　LoRa模块的信道范围为0到83.

　　在复杂的环境中，可能需要多次尝试不同的信道以避开干扰。信道的实际频率计算方法为：实际频率 = 基础频率 + 步长 * 信道，其中基础频率为410MHz，步长为1MHz。

　　可以通过拨码开关或AT指令来设置信道。

　　4. 地址管理：

　　可以启用地址管理功能，当设置了模块地址后，模块会对接收到的数据进行判断，只有当数据是发给本模块的才会处理，否则会抛弃。

　　5. 数据透明传输：

　　在串口上接收到数据后，等待2-3个Bytes的时间(例如用9600bps的串口波特率，大约为2-3ms)，则将接收到的数据从无线通道发送出去。

　　6. 配置工具和软件使用：

　　使用配套的配置工具软件，如ZLVircom或LoRa设置软件，打开串口并进入配置状态。

　　在配置状态下，可以读取当前参数并进行修改。例如，可以设置速率等级、信道和目标地址等。

　　完成配置后，重启设备使参数生效。

　　7. 注意事项：

　　确保所有设备的参数一致，包括扩频因子、带宽、编码率和频率。

　　天线尽量离地2米以上，两点之间尽量避开障碍物以提高通信质量。

　　四、 LoRa无线串口透传模块与其他无线通信技术对比

　　LoRa无线串口透传模块与其他无线通信技术(如Wi-Fi、蓝牙)相比，具有以下明显的优势和劣势：

　　1. 优势：

• 　　长距离传输：LoRa技术能够在低频段下实现长距离的传输，通常可以达到公里级别，这比传统的无线通信技术更具优势。例如，在理想条件下，LoRa的通信距离可以超过7公里。
• 　　低功耗：LoRa技术采用了低功耗设计，使得其适用于物联网设备，例如传感器等，可以长时间运行。其设备在工作时消耗的电量远低于传统无线设备。
• 　　穿透障碍物的能力强：LoRa信号具有较强的穿透障碍物的能力，可以在建筑物内或城市区域内进行通信。
• 　　通信安全：LoRa技术采用AES加密算法，保证通信的安全性。
• 　　网络扩展性：LoRa技术支持多级网络扩展，可以在需要时通过增加中继节点来扩展网络。
• 　　抗干扰能力强：LoRa技术使用扩频调制技术，能够抵抗高达99%的干扰。

　　2. 劣势：

• 　　数据传输速率低：LoRa技术的数据传输速率较慢，一般在几百bps到几千bps之间。例如，LoRa的默认传输速率为2.4kbps。
• 　　时延较大：LoRa技术的传输时延较大，一般在几百毫秒到几秒之间。
• 　　不适合高密度网络：由于LoRa技术的频谱利用率较低，因此不适合在高密度网络环境下使用。
• 　　带宽较小：相比Wi-Fi和移动网络等技术，LoRa的带宽较小，不适合大数据传输，如音频或视频。
• 　　需要网关支持：尽管LoRa可以实现长距离通信，但仍然需要使用宽带技术将数据传输到互联网或在线服务器上，这需要在系统中引入一个网关或门户。

　　五、 LoRa无线串口透传模块的安全性

　　针对LoRa无线串口透传模块的安全性问题，目前有多种解决方案和最佳实践。以下是几种主要的安全措施：

　　1. 加密算法的应用：

　　Clefia算法：Clefia是一种由索尼开发的轻量级块密码，支持128位块大小和三种不同的密钥长度。研究表明，Clefia算法在效率和安全性方面表现出色，已被ISO/IEC 29192-2标准认可，适用于资源受限的设备。使用Clefia算法可以有效防止嗅探攻击和已知明文攻击，从而提高LoRa通信模块的安全性。

　　AES加密和HMAC SHA-256：在军事机器人应用中，基于AES-128加密和HMAC SHA-256开发了一种新的加密协议，确保数据的机密性、完整性和真实性(CIA)。这种加密方法结合位旋转操作、补码和XOR操作，进一步增强了数据传输的安全性。

　　2. 硬件安全措施：

　　电磁泄漏防护：研究指出LoRa网络在侧通道攻击下的安全性问题，特别是电磁泄漏痕迹可能揭示加密和认证代码生成过程中的密钥。因此，加强硬件防护措施，如电磁屏蔽和抗侧通道攻击设计，是提高LoRa系统安全性的关键。

　　3. 多层加密技术：

　　多阶段加密技术：通过将文本和密钥转换为ASCII二进制格式，并进行逻辑异或操作，可以确保数据的安全性。此外，实验表明使用多种加密算法和认证机制可以有效抵御未经授权访问和网络威胁。

　　4. 物理安全措施：

　　防止物理访问：LoRaWAN设备通常包含LoRa无线模块和微控制器，通过UART或SPI接口与MCU通信。如果外部硬件访问这些设备，可能会暴露密钥。因此，采取物理安全措施，如使用安全外壳或限制物理访问，是保护LoRa系统的重要手段。

　　5. 干扰防护：

　　自干扰波形方案：一种新的LoRa收发器方案通过自干扰波形确保离散通信的安全性。这种方法通过修改前导码和有效载荷波形来实现，避免了传统交叉相关解决方案的不利影响。

　　6. 其他辅助措施：

　　定时采集和主动报警：通过设置定时采集时间和采集模式，确保数据不丢失并安全可靠地上传到后台。同时，设备能够检测自身状态并在异常时主动报警，如电池低压报警等。