F8913D使用说明书

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1 F8L10D 系列 LoRa 模块用户硬件设计手册文档编号产品版本密级 V1.0.0 产品名称 : F8L10D 共 28 页 F8L10D 系列 LoRa 模块用户硬件设计手册 V1.0.0 本手册适用于 F8L10D 系列 LoRa 模块厦门四信通信科技有限公司 Add: 中国厦门市软件园观日路 44 号 3 楼客户热线 : 电话 : 传真 : 网址厦门四信通信科技有限公司 Page 1 of 28

2 文件修定记录日期版本号备注作者 V1.0.0 初始版本 XQ.QIU 厦门四信通信科技有限公司 Page 2 of 28

3 著作权声明本文档所载的所有材料或内容受版权法的保护, 所有版权由厦门四信通信科技有限公司拥有, 但注明引用其他方的内容除外未经四信公司书面许可, 任何人不得将本文档上的任何内容以任何方式进行复制经销翻印连接传送等任何商业目的的使用, 但对于非商业目的的个人使用的下载或打印 ( 条件是不得修改, 且须保留该材料中的版权说明或其他所有权的说明 ) 除外商标声明 Four-Faith 四信均系厦门四信通信科技有限公司注册商标, 未经事先书面许可, 任何人不得以任何方式使用四信名称及四信的商标标记厦门四信通信科技有限公司 Page 3 of 28

4 目录 F8L10D 系列 LoRa 模块用户硬件设计手册 V1.0.0 目录... 4 前言概述技术规格规格说明基本功能模块接口 LoRa 参数供电功耗相关文档缩略语 F8L10D 模块产品框图管脚描述硬件接口描述概述电源 UART 接口硬件连接通讯传输字节格式 F8L10D 通信对象为 PC 机 F8L10D 通信对象为工控机复位 GPIO 口控制 LED 灯 ADC 采集参考电路 IO 口保护电路模块休眠休眠控制脚 SLEEP_RQ LoRa 通过 MCU 对模块升级双串口升级模式 MCU 单串口升级模式天线 F8L10D 兼容 2 种天线模式 : 天线安装模块尺寸结构 ( 加屏蔽盖后厚度 4mm) F8L10D 模块的尺寸结构模块封装尺寸 Re-flow 回流焊温度范围...26 订购信息厦门四信通信科技有限公司 Page 4 of 28

5 前言概述本文档适用的产品是 :F8L10D 系列模块本文档以 F8L10D-N 模块为例进行介绍, 用以指导用户对 F8L10D 系列模块进行硬件设计, 并在该模块基础上更方便快捷的进行各种终端无线产品的设计通过阅读本文档可以指导用户在该模块基础上更方便快捷的进行各种终端产品的设计阅读对象本文档主要适用于以下工程师 : 系统设计工程师结构工程师硬件工程师测试工程师内容简介本文档包含 5 章, 内容如下 : 章节内容 1 概述介绍 F8L10D-N 模块的基本技术规格参考涉及的相关文档和缩略语 2 F8L10D-N 模块产品介绍 F8L10D-N 模块产品的原理图和相关标准介绍 3 管脚描述介绍 F8L10D-N 模块管脚名称和功能 4 硬件接口描述介绍 F8L10D-N 模块各部分的硬件接口设计 5 结构介绍 F8L10D-N 模块的外观图装配图封装图厦门四信通信科技有限公司 Page 5 of 28

6 1 概述本文档仅适用于 F8L10D 模块 F8L10D LoRa 数据传输模块是一种基于 LoRa 技术的嵌入式无线数据传输模块, 采用符合 433MHz LoRa 网络为用户提供无线数据传输功能该产品采用高性能的工业级 LoRa 芯片及主控芯片, 实现数据透明传输功能 ; 低功耗设计, 最低功耗小于 2 ua; 提供多路 I/O, 可实现数字量输入输出, 可实现模拟量采集脉冲计数等功能该产品已广泛应用于物联网产业链中的 M2M 行业, 如智能电网智能交通无线水气热表抄表无线自动化数据采集工业自动化智能建筑消防公共安全环境保护气象数字化医疗遥感勘测军事空间探索农业林业水务煤矿石化等领域本文档详细介绍了 F8L10D 模块的逻辑结构硬件接口和主要功能, 并给出相关的硬件结构参考设计 1.1 技术规格规格说明 F8L10D 模块规格说明如表 1-1 所示表 1-1 模块规格说明表模块型号技术体制工作频段 F8L10D-E F8L10D 模块带 PA,SMT 兼容插针 433MHz F8L10D-N F8L10D 模块不带 PA,SMT 兼容插针 433MHz 基本功能模块的基本功能说明如下所示采用高性能工业级 LoRa, MCU 芯片 433MHz 免申请频段, 频率 M, 提供 32 个信道多种波特率, 多种射频速率多种工作模式自由切换低功耗设计, 支持休眠和唤醒模式, 最低不到 2uA 支持空中唤醒功能接收灵敏度高达 -140dBm,160dBm 链路预算可调功率等级多数据自动分包传输, 保证数据包的完整不丢失内置看门狗, 保证系统长时间稳定运行高效的循环交织纠错编码, 最大纠错 64bit, 双 256 环形 FIFO 支持 OTA 空中升级厦门四信通信科技有限公司 Page 6 of 28

7 兼容多种天线方式电源输入 :DC 3.3~5.0V 标准易用采用微型单排 2.54mm*7 插针封装, 兼容半孔 ; 同时提供侧面双排 2.0mm*10 插针, 可以根据用户自身需求灵活使用智能型数据模块, 上电即可进入数据传输状态使用方便, 灵活, 多种工作模式选择方便的系统配置和维护接口内置 3.3V 低功耗 LDO, 输出标准 3.3V TTL 电平支持串口软件升级模块接口模块的接口说明如表 1-2 所示表 1-2 模块接口说明表项目内容数据位 : 8 位停止位 :1 位 2 位 UART 口校验 : 无校验奇校验偶校验波特率 : bps 天线接口 SMA 母头 /U.FL 射频连接器, 特性阻抗 50 欧封装接口支持双排 2.0mm 插针,2.54mm 插针和 SMT 半孔 LoRa 参数 LoRa 模块参数说明如表 1-3 所示表 1-3 模块技术参数说明表项目内容通信标准及频段 410MHz - 441MHz,1000KHz 步进, 建议 433±5MHz, 出厂默认室内 / 市区通信距离 F8L10D-E: 2000m F8L10D-N: 1000m 户外 / 视距通信距离 F8L10D-E: 8000m F8L10D-N: 3500m 发射功率 F8L10D-E: 1W F8L10D-N: 100mW 通信理论带宽 6 级可调 ( Kbps) 灵敏度 F8L10D-E: -140dBm F8L10D-N:-140dBm 信道数 32 最大串口数据 4K Bytes 供电项目内容推荐电源 DC 5V/1A 工作电压 DC3.3~5V 厦门四信通信科技有限公司 Page 7 of 28

8 1.1.6 功耗 F8L10D-N 工作状态接收数据发送数据定时唤醒深度休眠功耗 DC DC ( 最大脉冲电流 130mA )" <3.0uA@3.3VDC <2.0uA@3.3VDC 1.2 相关文档 F8L10D LoRa 模块使用说明书 F8L10D LoRa 模块技术规范 1.3 缩略语 A ADC Analog-Digital Converter 模数转换 AFC Automatic Frequency Control 自动频率控制 AGC Automatic Gain Control 自动增益控制 ARFCN Absolute Radio Frequency Channel Number 绝对射频信道号 ARP Antenna Reference Point 天线参考点 ASIC Application Specific Integrated Circuit 专用集成电路 B BER Bit Error Rate 比特误码率 BTS Base Transceiver Station 基站收发信台 C CDMA Code Division Multiple Access 码分多址 CDG CDMA Development Group CDMA 发展组织 CS Coding Scheme 译码图案 CSD Circuit Switched Data 电路交换数据 CPU Central Processing Unit 中央处理单元 D DAI Digital Audio interface 数字音频接口 DAC Digital-to-Analog Converter 数模转换 DCE Data Communication Equipment 数据通讯设备 DSP Digital Signal Processor 数字信号处理 DTE Data Terminal Equipment 数据终端设备厦门四信通信科技有限公司 Page 8 of 28

9 DTMF Dual Tone Multi-Frequency 双音多频 DTR Data Terminal Ready 数据终端准备好 E EFR Enhanced Full Rate 增强型全速率 EGSM Enhanced GSM 增强型 GSM EMC Electromagnetic Compatibility 电磁兼容 EMI Electro Magnetic Interference 电磁干扰 ESD Electronic Static Discharge 静电放电 ETS European Telecommunication Standard 欧洲通信标准 EVDO Evolution Data Only 演进数据优化或者进化的数据只有 F FDMA Frequency Division Multiple Access 频分多址 FR Full Rate 全速率 G GPRS General Packet Radio Service 通用分组无线业务 GSM Global Standard for Mobile Communications 全球移动通讯系统 H HR Half Rate 半速率 I IC Integrated Circuit 集成电路 IMEI International Mobile Equipment Identity 国际移动设备标识 ISO International Standards Organization 国际标准化组织 ITU International Telecommunications Union 国际电信联盟 L LED Light Emitting Diode 发光二极管 M MCU Machine Control Unit 机器控制单元 MMI Man Machine Interface 人机交互接口 / 人机界面 MS Mobile Station 移动台 P PCB Printed Circuit Board 印刷电路板 PCL Power Control Level 功率控制等级 PCS Personal Communication System 个人通讯系统 PDU Protocol Data Unit 协议数据单元厦门四信通信科技有限公司 Page 9 of 28

10 PLL Phase Locked Loop 锁相环 PPP Point-to-point protocol 点到点协议 R RAM Random Access Memory 随机访问存储器 RF Radio Frequency 无线频率 ROM Read-only Memory 只读存储器 RMS Root Mean Square 均方根 RTC Real Time Clock 实时时钟 S SIM Subscriber Identification Module 用户识别卡 SMS Short Message Service 短消息服务 SRAM Static Random Access Memory 静态随机访问存储器 T TA Terminal adapter 终端适配器 TDMA Time Division Multiple Access 时分多址 TE Terminal Equipment also referred it as DTE 终端设备, 也指 DTE U UART Universal asynchronous receiver-transmitter 通用异步接收 / 发送器 UIM User Identifier Management 用户身份管理 USB Universal Serial Bus 通用串行总线 V VSWR Voltage Standing Wave Ratio 电压驻波比厦门四信通信科技有限公司 Page 10 of 28

11 2 F8L10D 模块产品框图 F8L10D 模块原理框图如图 2-1 所示 Antenna connector Switch RF and MCU 厦门四信通信科技有限公司 Page 11 of 28

12 3 管脚描述 F8L10D 模块采用双排插针方式, 共有 26 脚, 管脚间距为 1.27mm 模块管脚描述如图 3-1 所示管脚定义如表 3-1 所示表脚管脚定义序号定义输入 / 输出描述厦门四信通信科技有限公司 Page 12 of 28

13 1 VCC N/A Power Supply 2 DOUT Output UART Data Out 3 DIN Input UART Data In 4 D1 Either GPIO 5 RST Input Module Reset 6 D2 Either GPIO 7 D3 Either GPIO 8 D4 Either GPIO 9 D5 Either GPIO 10 GND N/A Ground 11 AUX Output Work states Indicator 12 MO1 Input Work mode choose0 13 MO0 Input Work mode choose1 14 D6 Either GPIO 15 D7 Either GPIO 16 D8 Either GPIO 17 DD Either Debug Data 18 DC Input Debug Clock 19 D9 Either GPIO 20 D10 Either GPIO 21 MO0 Input Work mode choose1 22 MO1 Input Work mode choose0 23 AUX Output Work states Indicator 24 DOUT Output UART Data Out 25 DIN Input UART Data In 26 VCC N/A Power Supply 27 GND N/A Ground 注意 : 信号输入 / 输出是相对于模块来说厦门四信通信科技有限公司 Page 13 of 28

14 4 硬件接口描述 4.1 概述本章详细介绍了 F8L10D 模块的各逻辑功能接口和使用说明, 并给出了设计范例电源串口复位 GPIO 口休眠指示灯在线升级天线注意 : 在用户系统中, 模块位置的布局应注意远离高速电路开关电源电源变压器大的电感和单片机的时钟电路等 4.2 电源模块电源自身有带 LDO, 输入电压范围 :3.3-5V 如图 4-1: 图 4-1 电源 LDO 注 : 输入的电源纹波系数要控制在 50mV 以内, 并可提供瞬间脉冲电流 300MA 以上, 脉冲宽度大于 800MS 厦门四信通信科技有限公司 Page 14 of 28

4.3 UART 接口模块的串行通讯端口 1 是 UART 接口, 引脚定义如表 4-2: 表 4-1 UART 引脚定义 UART 信号名称模块引脚编号 TX 2(DIP) 24(SMT) RX 3(DIP) 25(SMT) 注 : 1 程序默认没流控 2 在 F8L10D 模块使用 UART 口与 PC 或 MCU 通讯时, 请注意

15 4.3 UART 接口模块的串行通讯端口 1 是 UART 接口, 引脚定义如表 4-2: 表 4-1 UART 引脚定义 UART 信号名称模块引脚编号 TX 2(DIP) 24(SMT) RX 3(DIP) 25(SMT) 注 : 1 程序默认没流控 2 在 F8L10D 模块使用 UART 口与 PC 或 MCU 通讯时, 请注意 TX RX 方向, 其中 TX 和 RX 都是针对模块的信号方向进行命名的 ; 硬件连接 UART 硬件连接如图 4-2 所示 : 图 4-2 UART 接口连接例 : 如图 4-2 所示, 用 UART 接口的设备直接连接到模块的引脚, 就可以得到一组 UART 转射频通讯的设备厦门四信通信科技有限公司 Page 15 of 28

4.3.2 通讯传输字节格式图 4-3 两个模块互相通信指示图 UART 接口通讯传输字节格式如表 4-2 所示 Start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Stop 表 4-2 UART 接口通讯传输字节格式 1) 通讯接口 :UART 2) 波特率 :300 600 1200 2400 4800 9600 19200 38400 57600 115200 bps( 默认 )

16 4.3.2 通讯传输字节格式图 4-3 两个模块互相通信指示图 UART 接口通讯传输字节格式如表 4-2 所示 Start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Stop 表 4-2 UART 接口通讯传输字节格式 1) 通讯接口 :UART 2) 波特率 : bps( 默认 ) 3) 起始位 :1 位 4) 数据位 :8 位 5) 停止位 :1 位,2 位 6) 校验 : 无校验 / 奇校验 / 偶校验 UART 异步收发数据, 发送和接收可同时进行, 实现全双工模式可由外接设备或模块本身启动数据发送如图 3-3 所示每个数据字节包含一个起始位 ( 低电平 ),8 位数据和一个停止位 ( 高 ) 例 : 图 3-4 所示是 UART 在数据模式为 8-N-1(8 数据位, 无奇偶校验位,1 停止位 ) 下, 传输字节 0x1F( 十进制数 31) 的数据图图 4-4 传输 0x1F 的数据图厦门四信通信科技有限公司 Page 16 of 28

17 4.3.2 F8L10D 通信对象为 PC 机 PC 机作为通信对象 :F8L10D 与 PC 通过 RS232 串口相连, 需要使用串口转换芯片进行电平转换 ( 如 SP3243 MAX3220 等 ), 如图 4-5 所示图 4-5 F8L10D 与 PC RS232 连接的参考电路 F8L10D 通信对象为工控机 F8L10D 与工控机通过 RS485 总线相连, 需要使用电平转换芯片进行电平转换 ( 如 SP3485), 如图 4-6 所示图 4-6 F8L10D 与工控机 RS485 连接的参考电路 4.4 复位 F8L10D 默认上电立即启动, 没有开机和关机引脚, 但是提供一个硬件复位管脚, 数厦门四信通信科技有限公司 Page 17 of 28

18 字输入, 低电平有效模块由于运行环境复杂, 工作时间长, 存在死机假连接等异常问题出现异常时如何自动恢复, 模块的应用设计时必须充分考虑我们推荐两种方式 : 1) 模块的主电源可以控制, 关闭主电源, 再重新上电这种方式最彻底最可靠, 无人值守的设备, 建议用这种方式 2) 控制 RESET 脚 ( 复位 ) 为低电平 200ms, 使模块硬复位, 类似于处理器硬复位这种方式一般用于电池供电的手持设备, 如果这种方式无法恢复, 可能需要手动断电对于硬件复位电路设计建议 ( 强烈建议使用方式二 ): 1 使用微动按钮进行手动复位, 按下时把复位脚拉到地, 放开时断开与地的连接, 如下图图 4-7 复位微动按钮参考电路 2 使用 MCU 控制三极管来拉低 RESET 使模块硬件复位, 如下图 : 图 4-8 MCU 控制三极管复位参考电路 3 RESET 硬件复位脉冲宽度至少 200ms, 有效低电平不能高于 0.4V, 否则可能不会使模块完全的复位 4.5 GPIO 口 F8L10D 模块有 10 个 GPIO 端口, 直流特性如表 4-3: 厦门四信通信科技有限公司 Page 18 of 28

19 表 4-3 GPIO 的直流特性 (Ta=25 C,VCC=3V) 参数测试条件最小典型最大逻辑 0 的输入电压 (V) 0.9 逻辑 1 的输入电压 (V) 2.5 逻辑 0 的输入电流 (na) 输入电压 0V 逻辑 1 的输入电流 (na) 输入电压 VCC 输入的上拉与下拉电阻 (kω) GPIO 引脚电容 (pf) 控制 LED 灯模块提供的 IO 可以用来控制 LED 指示灯, 由于普通 IO 的电流无法直接驱动 LED, 必须使用三极管来控制, 如下图 : 图 4-9 LED 灯控制电路 ADC 采集参考电路将 IO 口配置成模拟量输入, 可实现 ADC 采集功能有两种采集方式 : 电压采集方式和电流采集方式, 采集电路可参考图 4-10 和图 4-11 厦门四信通信科技有限公司 Page 19 of 28

20 图 4-10 电压采集方式图 4-11 电流采集方式 IO 口保护电路模块提供的的任何 IO 口电压必须在 -0.3V~VDD+0.3V 之内并且要 <3.9V, 否则会直接损坏模块模块内部除了 TX RX VCC RESET 和 RF 信号外对别 IO 没有提供保护电路, 如果客户需要应该自己添加保护电路, 通常的做法是串联一个电阻使用 TVS 管进行保护,, TVS 器件可以选用优恩的 ESD03V32D-C 如下图 4-12 所示 : 图 4-12 IO 口保护电路厦门四信通信科技有限公司 Page 20 of 28

4.6 模块休眠 F8L10D 可通过配置 SLEEP_RQ 引脚使进入深度休眠以减少模块的功耗, 达到低功耗效果相关引脚如下表 4-4 表 4-4 模块休眠相关脚管脚定义序号定义输入 / 输出描述 9 SLEEP_RQ Input Pin Sleep Control Line 4.6.1 休眠控制脚 SLEEP_RQ 用户可以根据应用场景的需要将模块配置成深度休眠, 此时模块的唤醒需用通过对引脚 SLEEP_RQ 置高电平操作来实现, 引脚 SLEEP_RQ 属性为输入, 深度休眠模式下, 引脚 SLEEP_RQ 不能悬空!

21 4.6 模块休眠 F8L10D 可通过配置 SLEEP_RQ 引脚使进入深度休眠以减少模块的功耗, 达到低功耗效果相关引脚如下表 4-4 表 4-4 模块休眠相关脚管脚定义序号定义输入 / 输出描述 9 SLEEP_RQ Input Pin Sleep Control Line 休眠控制脚 SLEEP_RQ 用户可以根据应用场景的需要将模块配置成深度休眠, 此时模块的唤醒需用通过对引脚 SLEEP_RQ 置高电平操作来实现, 引脚 SLEEP_RQ 属性为输入, 深度休眠模式下, 引脚 SLEEP_RQ 不能悬空! 当输入为高电平时模块从深度休眠中唤醒, 输入为低电平时模块保持深度休眠状态如图 4-13, 为模块配置深度休眠界面图 4-13, 模块配置深度休眠界面 4.9 LoRa 通过 MCU 对模块升级双串口升级模式 LoRa 模块目前有插针和邮票两种形式, 对于已经焊接到主设备上的, 进行升级时, 由于模块的串口已经和设备上的 mcu 相连, 那么则会由于两路发送, 导致串口通信异常因此即使目前把模块串口引出来, 也不能进行升级现提供用软件方式对模块进行升级如主设备的 MCU 有双串口, 那么建议用户在开发程序时, 预留串口透传功能两路串口分别为 RS232-1,RS232-2 如图 4-14 所示厦门四信通信科技有限公司 Page 21 of 28

22 图 4-14 串口升级模式 PC 上打开 LoRa 升级软件工具, 打开串口, 加载待升级程序, 此时 MCU 的 RS232-1 会一直收到数据, 通过 RS232-2 再传给 LoRa 模块串口 LoRa 模块串口会作相应响应, 握手成功手,PC 上的软件会有相应的升级进度显示如果没有响应, 则对 LoRa 模块进行复位实现流程 : MCU RS232-1 收到握手信息后, 就对 LoRa 模块进行复位, 可以对复位脚进行复位, 然后对于 RS232-1 后续收到的数据, 直接传给 RS232-2, 即透传给 LoRa 模块 RS232-2 接收到的数据, 直接传给 RS232-1, 即透传给 PC 上位机 MCU 单串口升级模式如果 MCU 没有双串口, 用户需要写个升级程序, 要把升级的固件文件内容, 编译到代码中再通过升级协议把升级固件文件下载到模块中一般的升级固件, 大小为 30KBytes 左右因此 MCU 的内存要在 35KBytes 以上, 否则不能以此方式进行升级 4.10 天线 F8L10D 兼容 2 种天线模式 : 1 天线连接座模式, 使用的型号为 :MM /Murata, 如图 4-15: 厦门四信通信科技有限公司 Page 22 of 28

图 4-15 MM9329-2700/Murata 的结构尺寸如图 4-16: 天线连接座图 4-16

23 图 4-15 MM /Murata 的结构尺寸如图 4-16: 天线连接座图 4-16 MM /Murata 的结构尺寸板载 SMA 母头模式, 用户直接使用对应的天线旋转在 SMA 母头上即可厦门四信通信科技有限公司 Page 23 of 28

24 图 4-17 板载 SMA 母头天线安装 1 尽量远离大面积的金属平面及地面 2 天线尽量保证可对视状态 ; 3 尽量减少天线之间的障碍物 ; 4 尽量缩短天线与模块之间的馈线长度天线不同安装方式效果如图 4-18 所示说明厦门四信通信科技有限公司 Page 24 of 28

图 4-18 天线安装 F8L10D 系列 LoRa 模块用户硬件设计手册 V1.0.0 5 模块尺寸结构 ( 加屏蔽盖后厚度 4mm) 5.

25 图 4-18 天线安装 F8L10D 系列 LoRa 模块用户硬件设计手册 V 模块尺寸结构 ( 加屏蔽盖后厚度 4mm) 5.1 F8L10D 模块的尺寸结构 F8L10D-N 模块尺寸图, 单位 :mm 5.2 模块封装尺寸 F8L10D-N 封装请参考以下尺寸来制作, 单位 :mm 厦门四信通信科技有限公司 Page 25 of 28

26 5.3 Re-flow 回流焊温度范围建议根据 IPC/JEDEC J-STD-020B 标准进行焊接焊接温度使用恒温电烙铁焊接温度不超过 340ºC, 每个引脚焊接时间不超过 2S SMT 温度曲线使用 SMT 回流焊建议使用以下温度曲线 : 厦门四信通信科技有限公司 Page 26 of 28

27 PWI=94% 最高上升斜率最高下降斜率预热 25~ % % % % % % 差距接上表格 PWI=94% 恒温时间 150~180 回流时间 217 最高温度斜率 3 250~ % % % % % % % % 差距厦门四信通信科技有限公司 Page 27 of 28

28 订购信息您可以联系厦门四信通信科技有限公司的销售人员来购买模块和开发套件购买时请具体标明你需要的产品型号联系方式如下 : 厦门四信通信科技有限公司 Add: 中国厦门市软件园观日路 44 号 3 楼客户热线 : 电话 : 传真 : 网址厦门四信通信科技有限公司 Page 28 of 28

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