如何利用ATmega328P构建一个可靠的LoRa设备

我需要构建一个可靠的 LoRa 设备，以便为朋友农场即将进行的项目进行范围等方面的测试。该设备的制造成本必须超低，并且功耗要尽可能低。为了实现这一点，我决定使用 RA-02 以及 ATMEGA328P，它在进入睡眠状态时消耗的电流非常少。不过，将一直处于待机状态。

使用标准 Arduino 或其他 ATMEGA 驱动的开发板构建它可能会非常混乱，如下图所示：

带有 ATMEGA328P PCB 的 RA-02 LoRa 模块

标准的 Arduino 会更糟，因为您需要在 SPI 引脚上进行电平转换，因为 RA-02 是 3.3v 设备，带有 GPIO，不能耐受 5v 。

因此，这个问题需要一个专用的定制 PCB，分阶段设计，当然还要经过全面测试。在这样做的同时，我需要设计一些模块化和可用的东西。

我提出了以下设计，作为第一阶段的原型：

LoRa 基本模块原型

PCB 基本上是一个 Arduino Nano 风格的 PCB（就 IO 而言），在 SPI 线路（SCK、MISO、MOSI、SS）上具有电平转换以及 Lora 复位和 IRQ 引脚（这对于唤醒至关重要稍后启动处理器）。

由于原型将主要用于实验室，后续才会进行一些户外测试，因此未提供电池充电电路。两个 LDO 稳压器 5v 和 3.3v 从 7.5 至 12v 的直流输入为 ATMEGA328P 和 RA-02 供电。

电平转换固定在双向 5v 到 3v 逻辑电平，所有未使用的 GPIO 都被分解到接头上。

代码可以通过 ICSP 或 USB 转串口转换器上传到 MCU，因为我没有在板上添加这些代码，以便以后节省空间和电力。

控制引脚如下：

RA-02 模块 ATMEGA328P

SCK D13

MISO D12

MOSI D11

NSS D10

RESET D9

IQR（DIO0） D2 （ 中断 0 ）

DIO1 未在第一阶段原型中分解

DIO2 未在第一阶段原型中分解

DIO3 第一阶段原型未突破

DIO4 未在第一阶段原型中分解

示意图

PCB – 顶部

PCB – 底部

软件

该板与 Sandeep Mistry 的 LoRa 库兼容。其他库也可以工作，但尚未经过测试。

#include // include libraries

#include

const int csPin = 10; // LoRa radio chip select

const int resetPin = 9; // LoRa radio reset

const int irqPin = 2; // change for your board; must be a hardware interrupt pin

byte msgCount = 0; // count of outgoing messages

int interval = 2000; // interval between sends

long lastSendTime = 0; // time of last packet send

void setup() {

Serial.begin(9600); // initialize serial

while (!Serial);

Serial.println("LoRa Duplex - Set spreading factor");

// override the default CS, reset, and IRQ pins (optional)

LoRa.setPins(csPin, resetPin, irqPin); // set CS, reset, IRQ pin

if (!LoRa.begin(433E6)) { // initialize ratio at 433 MHz

Serial.println("LoRa init failed. Check your connections.");

while (true); // if failed, do nothing

}

LoRa.setSpreadingFactor(8); // ranges from 6-12,default 7 see API docs

Serial.println("LoRa init succeeded.");

}

void loop() {

if (millis() - lastSendTime > interval) {

String message = "LoRa TEST"; // send a message

message += msgCount;

sendMessage(message);

Serial.println("Sending " + message);

lastSendTime = millis(); // timestamp the message

interval = random(2000) + 1000; // 2-3 seconds

msgCount++;

}

// parse for a packet, and call onReceive with the result:

onReceive(LoRa.parsePacket());

}

void sendMessage(String outgoing) {

LoRa.beginPacket(); // start packet

LoRa.print(outgoing); // add payload

LoRa.endPacket(); // finish packet and send it

msgCount++; // increment message ID

}

void onReceive(int packetSize) {

if (packetSize == 0) return; // if there's no packet, return

// read packet header bytes:

String incoming = "";

while (LoRa.available()) {

incoming += (char)LoRa.read();

}

Serial.println("Message: " + incoming);

Serial.println("RSSI: " + String(LoRa.packetRssi()));

Serial.println("Snr: " + String(LoRa.packetSnr()));

Serial.println();

}

未来可能的计划拓展

该项目的未来计划包括：

– 集成 LiPo 电池充电模块和升压转换器，使设备能够依靠电池供电运行

– 与 ESP32 或类似设备集成，构建简单的 GATEWAY 设备

– CAN-BUS 控制器集成，允许将多个传感器添加到一个无线电模块

– IO 卡，具有电隔离输入和继电器输出，用于远程控制和监控应用