tags: [source-summary] type: source source: "尚硅谷嵌入式技术之STM32单片机（高级篇）V2.0.1 — LoRa章节 + 配套代码13~14" author: "尚硅谷研究院" date: 2026-07-15

created: 2026-07-15

LoRa远距离通信

用生活理解：LoRa 就像"对讲机里的长跑冠军"——说话速度很慢（50bps），但声音能传出几公里，而且电池用几年不换。适合田野里的温度传感器每隔一小时报一次数。LoRa 是在水下吹气泡——气泡（信号）虽然升得慢，但能飘很远。

LPWAN 技术概览

LPWAN = Low Power Wide Area Network（低功耗广域网），是 IoT 中连接远距离、低功耗设备的无线技术。

技术	频段	速率	优点	缺点
LoRa	470~510MHz(CN) / 868MHz(EU) / 915MHz(US)	0.3~50Kbps	私有化部署、成本低	速率低
NB-IoT	运营商授权频段	~250Kbps	覆盖广、运营商维护	需 SIM 卡、有月费
Sigfox	868/915MHz	~100bps	超低功耗	速率极低、依赖 Sigfox 网络
LTE-M	运营商授权频段	~1Mbps	速率较高	模组贵、功耗较高

LoRa 扩频技术原理

LoRa 使用CSS（Chirp Spread Spectrum，啁啾扩频）调制。普通无线信号像"喊话"（功率集中在一小段频率），LoRa 像"吹口哨从低到高再从高到低"（信号散布在宽频带上）。

关键参数

参数	可取值范围	说明	对性能的影响
SF (扩频因子)	6~12	每个 Chirp 符号代表的位数	SF↑ → 灵敏度↑ → 速率↓
BW (带宽)	125 / 250 / 500 KHz	调制信号的频率宽度	BW↑ → 速率↑ → 灵敏度↓
CR (编码率)	4/5 ~ 4/8	前向纠错（FEC）冗余度	CR↑ → 抗干扰↑ → 冗余↑

典型参数速查表：

SF	BW(KHz)	速率(bps)	灵敏度(dBm)	参考距离
7	125	~5470	-123	~2km
9	125	~1460	-129	~3km
12	125	~290	-137	~5km
12	250	~580	-134	~3.5km

SF12 + BW125 是最常见的高灵敏度配置，适合需要最远距离但数据量很少的场景。

CAD（Channel Activity Detection）

CAD 是 LoRa 的一个特殊功能——在极低功耗下周期性监听空中是否有 LoRa 信号。如果检测到信号，唤醒 MCU 接收；无信号则快速返回休眠。

CAD 的意义：普通 LoRa 接收模式下，接收机须持续打开（功耗 ~10mA），而 CAD 的监听功耗极低（~5μA）。

LoRa 星型组网

LoRa 网络采用星型拓扑：

         ┌─→ 节点1 (SF12, 上报温度)
         │
┌──────┐ ├─→ 节点2 (SF9, 上报湿度)     ┌──────────┐
│ 网关  │←┼─→ 节点3 (SF7, 上报位移) ───→│ 云服务器 │
│(接收) │ └─→ ...                       │(数据存储)│
└──────┘                                └──────────┘
         ↓
    STM32(处理数据)

节点：传感器，定时发送数据
网关：集中接收所有节点数据，转发到 STM32 或云端
LoRa 本身只定义了物理层（调制方式），MAC 层协议（如 LoRaWAN）定义了网络架构

实验：LoRa 节点与网关通信

软件设计（AT 指令模式）

项目路径：stm32/13_lora_node_hal（节点）、stm32/14_lora_gateway_hal（网关）

节点通过串口配置 LoRa 模块参数，定时发送传感器数据。

文件：stm32/13_lora_node_hal（节点发送端）

// LoRa 模块初始化 AT 配置
void LoRa_Node_Init(void)
{
    // 1. 设置模块工作模式
    AT_SendCmd("AT+MODE=0\r\n", "OK", 1000);
    // MODE: 0=透明传输(透传), 1=定点传输(指定地址)

    // 2. 设置本机地址（不同类型设备用不同地址区分）
    AT_SendCmd("AT+ADDR=1\r\n", "OK", 1000);     // 节点地址=1

    // 3. 设置射频参数
    AT_SendCmd("AT+BAND=470000000\r\n", "OK", 1000);  // 频率 470MHz
    AT_SendCmd("AT+SF=12\r\n", "OK", 1000);            // 扩频因子 12
    AT_SendCmd("AT+BW=125\r\n", "OK", 1000);           // 带宽 125KHz
    AT_SendCmd("AT+CR=1\r\n", "OK", 1000);              // 编码率 4/5

    // 4. 设置发射功率（0~20dBm，默认 20dBm）
    AT_SendCmd("AT+POWER=20\r\n", "OK", 1000);
}

// 发送数据到网关（地址=0, 因为网关是透明接收模式）
void LoRa_Node_Send(uint8_t *data, uint16_t len)
{
    char cmd[256];
    // 透明传输模式: AT+SEND=dest_addr,len,data
    // dest_addr=0 表示所有设备都能收
    sprintf(cmd, "AT+SEND=0,%d,", len);
    AT_SendCmd(cmd, "OK", 2000);
    // 发送实际数据
    HAL_UART_Transmit(&huart2, data, len, 1000);
}

// 应用程序：每 60 秒上报一次温度值
void Node_Application(void)
{
    LoRa_Node_Init();

    while (1)
    {
        uint16_t adc_val = ADC1_Read();          // 读取 ADC（温度传感器）
        float    temp    = adc_val * 3.3f / 4095 * 100;  // 温度转换

        char buf[64];
        sprintf(buf, "TEMP:%.1f\r\n", temp);
        LoRa_Node_Send((uint8_t *)buf, strlen(buf));

        HAL_Delay(60000);  // 60s 发送一次（超低功耗场景）
    }
}

文件：stm32/14_lora_gateway_hal（网关接收端）

// 网关初始化（使用与节点相同的射频参数）
void LoRa_Gateway_Init(void)
{
    // 与节点相同：470MHz, SF12, BW125
    AT_SendCmd("AT+MODE=0\r\n", "OK", 1000);
    AT_SendCmd("AT+ADDR=0\r\n", "OK", 1000);      // 网关地址=0
    AT_SendCmd("AT+BAND=470000000\r\n", "OK", 1000);
    AT_SendCmd("AT+SF=12\r\n", "OK", 1000);
    AT_SendCmd("AT+BW=125\r\n", "OK", 1000);
}

// 数据接收中断（串口主动上报）
// LoRa 模块收到数据后通过串口打印：
// +RCV=src_addr,len,RSSI,SNR,data
void Process_LoRa_RxData(uint8_t *buffer)
{
    if (strstr((char *)buffer, "+RCV="))
    {
        // 解析 RSSI（接收信号强度）和 SNR（信噪比）
        // e.g., +RCV=1,6,-115,5,HELLO
        //         ↑地址 ↑RSSI ↑SNR

        int src_addr, len, rssi, snr;
        char data[64];

        sscanf((char *)buffer, "+RCV=%d,%d,%d,%d,%s",
               &src_addr, &len, &rssi, &snr, data);

        printf("Node %d: %s (RSSI=%d, SNR=%d)\r\n",
               src_addr, data, rssi, snr);
    }
}

核心参数速查表

参数	AT 指令	说明
工作模式	`AT+MODE=0`	0=透传, 1=定点传
本机地址	`AT+ADDR=1`	1~65535
目标地址	`AT+SEND=addr,len,data`	定点模式时指定
中心频率	`AT+BAND=470000000`	单位 Hz（470~510MHz）
扩频因子	`AT+SF=12`	6~12
带宽	`AT+BW=125`	125/250/500 KHz
编码率	`AT+CR=1`	1=4/5, 2=4/6, 3=4/7, 4=4/8
发射功率	`AT+POWER=20`	0~20dBm
CAD 使能	`AT+CAD=1`	0=关, 1=开（低功耗监听）

常见问题与避坑

通信距离短 → 增大 SF（用 12）、降低 BW（用 125）、检查天线匹配（阻抗 50Ω）
丢包率高 → 降低数据速率（高 SF + 低 BW）、增加重传机制、避免信噪比过低的链路
节点功耗高 → 开启 CAD（低功耗监听模式）、降低发射功率（10dBm 比 20dBm 省一半）、延长发送间隔
多节点冲突 → 不同节点错开发送时间（TDMA）、使用不同的扩频因子（CDMA 效果，互不干扰）
LoRa 模块不响应 → 检查波特率匹配、模块供电（峰值 > 120mA）、天线是否接好（长时间无天线可能烧 PA）
SF/BW/CR 参数必须一致 → 节点和网关的射频参数完全一致才能通信

17-LoRa远距离通信.md 7.7 KB Historie Surový