LSD4WN - 2I717M90模块：LoRaWAN物联网应用的理想之选

在物联网快速发展的今天，低功耗、远距离、抗干扰的无线通信模块成为了众多应用场景的核心需求。利尔达科技集团股份有限公司研制的LSD4WN - 2I717M90模块，正是满足这些需求的优质解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款模块。

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一、模块概述

LSD4WN - 2I717M90是一款LoRaWAN End Node模块，集成了LoRaWAN TM协议栈，符合LoRa Alliance发布的LoRaWAN Specification 1.0.2 Class A/C标准，还支持ICA的LoRaWAN规范。硬件支持433 - 510MHz超宽频段，不过使用不同频段时，需要选择合适的天线。它采用串行接口与用户设备进行数据和指令交互，能为用户提供快速LoRaWAN网络接入和无线数据等业务。

1.1 产品特点

• 工作电压：2.5 - 3.6V，这个电压范围使得模块在不同电源环境下都能稳定工作。
• 频段：470 - 510MHz，在这个频段内，模块能够实现良好的通信效果。
• 发射功率：19 ± 1 dBm(max)，强大的发射功率保证了信号的远距离传输。
• 接收灵敏度：- 136 ± 1dBm(@SF = 12)，超高的接收灵敏度使得模块能够捕捉到微弱的信号。
• 有效通讯距离：5Km（城市公路环境，非旷野环境），满足了大多数城市环境下的通信需求。
• 协议标准：符合LoRaWAN TM Specification 1.0.2标准，支持ICA规范，内部集成LoRaWAN TM协议栈，支持Class A/Class C设备类型。
• 低功耗：待机电流 ≤2 uA，这对于需要长时间工作的物联网设备来说非常重要。
• 通信与配置：采用UART通信，对外接口为邮票孔，可通过简易指令配置模块参数。

1.2 应用场景

该模块适用于多种应用场合，如自动抄表（特别适用于水表、气表、热表等无线抄表场合）、物联网（IoT）、智慧城市、智能家居、智慧物流、工业自动化等。

二、产品技术参数

2.1 模块技术参数

主要参数	内容	描述	备注
协议版本	LoRaWANTM Specification 1.0.2final	物理层符合ICA 2.3.0定义，网络拓扑为Star，发送寻址模式为广播，调制方式为LoRaFSK，数据速率为SF12~SF7、50Kbps(FSK)	-
接口特性	串口接口为2线UART，兼容3.3V TTLCMOS	用户可配置透传模式的串口波特率，命令模式固定使用9600bps	-
机械特性	主天线接口为邮票孔50Ω输出，接口封装类型为邮票孔(2×11pin×2.0mm)，PCB尺寸为25(L) ×21.5(W) ×3(H)mm (GB/T1804 - c)	-

2.2 直流特性参数

主要参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位	备注
工作电压	保证最大输出功率20dBm	2.5	3.3	3.6	V	-
工作电流	平均电流（正常工作，9600bps）	-	2.4	-	mA	-
	RTC打开	-	2	-	uA	-
	峰值电流（最大输出）	-	130	-	mA	-

2.3 射频特性参数

主要参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位	备注
工作频段	测试电压：3.3V，测试温度：室温	470	-	510	Mhz	-
发射特性	OOK模式，载波输出，PA_BOOST ON，25℃环境温度	-	-	-	-	-
	最大发射功率	PA_BOOST输出，功率满负荷，使用9020频谱测试仪	18	19	20	dBm	-
	二次谐波	-	-	-	-40	dBm	实际使用
	发射电流（射频部分）	射频最大发射功率输出，仪器负载	-	120	-	mA	电流与天线环境有关
接收特性	PER = 1%，CR = 4/6，CRC ON，Preamble Length = 12，Packet Length = 10	-	-	-	-	-
	接收灵敏度（SF12）	-	-136	-	dBm	平坦度<0.5dB
	接收灵敏度（SF7）	-	-123	-	dBm	-
	接收电流（射频部分）	-	12	-	mA	-
	休眠电流	-	2	-	uA	-
频率特性	频率稳定度：15ppm@ - 40℃~85℃	-	-	-	-	-

2.4 环境特性参数

主要参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位	备注
工作温度	-	-40	-	85	℃	-
存储温度	-	-40	-	125	℃	-
工作湿度	-	5	-	95	%	-
ESD防护	-	-	-	TBD	V	-

三、产品功能说明

3.1 功能简述

模块集成了LoRaWAN协议栈，符合LoRa Alliance发布的LoRaWAN Specification 1.0.2，支持Class AClass C设备类型，符合ICA联盟规范。模块工作模式分为命令模式与透传模式。

3.1.1 命令模式

在命令模式下，用户可以通过串口发送AT指令来访问模块。用户端发送指令给模块，模块解析接收到的命令，并返回一个命令响应帧，指示所接收命令的执行结果。

3.1.2 透传模式

在透传模式下，模块直接转发用户数据。如果开启LoRaWAN网络的ADR机制，由于每个空口数据包的最大数据长度可能会动态变化，为了保证数据传输可靠性与完整性，引入了一种简单的流控机制。

• 流控机制：用户自行决定一帧数据的长度。当串口超过10ms未接收到新的串口数据或者达到物理分包上限时，判定一帧数据传输完成，立即拉低BUSY引脚（忙），关闭串口接收，进行发送操作。发送完成后（成功或失败），BUSY引脚重新拉高，如果WAKE引脚仍为高电平，则重新开启模块的串口接收。

• 物理分包：实际的物理分包参照《LoRaWAN Regional Parameter V1.0.2》，用户可以通过AT指令查询响应参数，或者要求详细信息输出，来获取分包情况。不同速率对应的最大负载值如下表所示：	DataRate	N(MAX)
  0 - (SF12 BW125)	51
  1 - (SF11 BW125)	51
  2 - (SF10 BW125)	51
  3 - (SF9 BW125)	115
  4 - (SF8 BW125)	222
  5 - (SF7 BW125)	222

• 服务器响应：根据LoRaWAN网络Class A运行特点，任何一包数据，用户服务器都可以给出响应，如果模块收到用户服务器数据，会立即通过串口输出。

四、机械特性

4.1 产品外观

产品实物图展示了模块的TOP面和BOTTOM面，标签中的EUI（DevEUI）与SN等仅供参考，具体以实际为准，标签的小三角标识为模块的Pin1。

4.2 模块装配图

模块装配图给出了模块的尺寸和引脚布局等信息，方便工程师进行设计和安装。

五、接口说明

5.1 引脚定义

模块的所有IO口为CMOS与TTL兼容，引脚功能如下表所示：	引脚	功能定义	端口类型	缺省值	描述
1	GND	Power	-	接地系统
2	GND	Power	-	接地系统
3	P1	I/O	Low	扩展功能，通过AT + GPIO指令控制输出
4	P2	I/O	Low	扩展功能，通过AT + GPIO指令控制输出
5	P3	I/O	Low	扩展功能，通过AT + GPIO指令控制输出
6	GND	Power	-	接地系统
7	WAKE	Input	Float	唤醒/关闭模块
8	STAT	Ouput	Low	状态指示
9	NC	NC	-	悬空处理
10	NC	NC	-	悬空处理
11	P0	I/O	Low	扩展功能，通过AT + GPIO指令控制输出
12	GND	Power	-	接地系统
13	VCC	Power	-	系统供电，供电范围2.5 - 3.6V
14	NRST	Reset	PULL - UP	复位模块，内部弱上拉，低电平有效，用户若不使用，可以悬空处理
15	BUSY	Output	Low	模块忙信号输出
16	MODE	Input	Low	工作模式控制，根据用户控制电平，内部自动上/下拉
17	GND	Power	-	接地系统
18	TXD	Output	High	串口发送端
19	RXD	Input	High - impedance	串口接收端
20	GND	Power	-	接地系统
21	GND	Power	-	接地系统
22	ANT	RF	-	射频出口，注意使用50Ω阻抗线

5.2 硬件接口描述

5.2.1 外部电源

用户在使用本模块时，需要保证外部电源有充足的供电带载能力，并且供电范围严格控制在2.5V - 3.6V之间。高于模块供电范围，会导致模块的主芯片损坏；低于模块供电范围，会影响射频电路工作，无法保证输出最大功率。

5.2.2 复位

用户给模块NRST引脚提供一个至少1ms低脉冲（或者直接拉低），会复位模块。模块复位后，需要等待复位延时时间为150ms，保证模块系统初始化完成。	接口	引脚	定义	I/O	描述	备注
复位	14	NRST	Input	高电平：模块正常运行；低电平：模块保持复位状态（复位MCU）	模块复位后，用户需要等待复位延时时间，才可以操作模块

5.2.3 模式控制

模块有两种工作模式，用户通过MODE引脚来选择。用户如果不知道模块当前的工作模式，可以通过读取该引脚的状态来获取。	接口	引脚	定义	I/O	描述	备注
模式控制	16	MODE	Input	高电平：检测到高电平脉冲（上升沿&高电平）进入并驻留在命令模式；低电平：检测到低电平脉冲（下降沿&低电平）进入并驻留在透传模式	-

5.2.4 UART接口

模块提供一个UART接口，结合自定义的软件流控制，来完成串口通信，缺省串口设置为9600N81，对外接口电平为3.3V TTLCMOS电平。用户每次发送数据前，拉高WAKE引脚，等待10ms后，唤醒模块；拉低WAKE引脚，则模块进入睡眠模式。	接口	引脚	定义	I/O	描述	备注
UART	18	TXD	Output	串口发送端（TX）	模块的TX信号方向
	19	RXD	Input	串口接收端（RX）	模块的RX信号方向
	15	BUSY	Output	模块忙信号输出。上电后，BUSY默认为低电平；模块初始化完成后，输出高电平；若模块处于透传模式，BUSY会立即拉低，开始执行加入网络等操作；若模块处于指令模式，BUSY输出高后，则用户可以开始执行AT指令操作。高电平：模块空闲，指示用户MCU可以继续向模块写入数据；低电平：模块忙，指示用户MCU暂停向模块写入数据	-
	7	WAKE	Input	高电平：唤醒模块；低电平：模块进入睡眠模式	用户发送数据前，必须拉高WAKE引脚，并等待10ms时间

5.2.5 模块状态指示

模块的STAT引脚目前定义两种功能：

• 模块在首次接入LoRaWAN网络时，在JOIN过程中，STAT引脚始终保持为低电平，直到模块成功加入网络，此时STAT输出高电平，模块可以正常处理用户的串口数据。用户此时可以通过特定AT指令来进一步获取详细的状态信息。

• 模块在接入LoRaWAN网络后，会动态更新模块的网络状态，状态变化通过STAT引脚输出。如果模块本次数据操作异常，STAT引脚输出为低电平，用户此时可以通过特定AT指令来进一步获取详细的状态信息。	接口	引脚	定义	I/O	描述	备注
  状态输出	8	STAT	Output	入网阶段：高电平表示模块入网成功，低电平表示模块未入网，等待入网成功；数据通信阶段：高电平表示本次空口数据通信发收成功（确认帧情况下，高电平表示接收ACK；非确认帧情况下，高电平表示发送成功），低电平表示本次空口数据通信发收失败	在数据通信阶段，建议用户在每次与模块完成一次数据交互后，判断STAT引脚状态，已获得当前数据包的空口处理结果

5.2.6 睡眠控制

为了满足低功耗应用场景，用户在不需要使用的时候，可以通过拉低睡眠引脚WAKE，并至少保持5ms，控制模块进入睡眠状态。在睡眠状态，模块将不进行任何数据操作，但仍然会保存入网信息等。用户通过拉高WAKE引脚，并至少保持5ms，可以唤醒模块，唤醒后可以便进行正常的数据操作。	接口	引脚	定义	I/O	描述	备注
睡眠引脚	7	WAKE	Input	高电平：唤醒模块，模块处于正常工作状态；低电平：控制模块进入休眠	-

5.2.7 扩展GPIO

模块提供了P0 - P3扩展GPIO口，用户当前可以通过AT + GPIO指令，控制指定的GPIO口输出高低电平。	接口	引脚	定义	I/O	描述	备注
GPIO	11	P0	Output	通过AT + GPIO指令控制输出高电平或者低电平	-
	3	P1	Output	通过AT + GPIO指令控制输出高电平或者低电平	-
	4	P2	Output	通过AT + GPIO指令控制输出高电平或者低电平	-
	5	P3	Output	通过AT + GPIO指令控制输出高电平或者低电平	-

5.3 典型应用电路

典型应用电路给出了用户接口（串口、GPIO、电源等）和天线接口（50Ω邮票孔输出）的连接方式。需要注意的是，粗实线为推荐连接，细实线为可选连接；不需低功耗时，图中WAKE直接拉高，需要低功耗时，需连接Host MCU引脚控制；天线出口（ANT<->PIN22）的走线要求50Ω阻抗匹配；缺省情况下，R1为0Ω，C1、C2为空贴，C4空贴（只做预留）；R1、C1、C2参数的具体取值，由产品进行天线匹配后确定；天线部分的Layout设计，请参考利尔达公司的《射频PCB LAYOUT设计规则(适用sub - 1GHZ及蓝牙模块)_WSN_160824》。

5.3.1 天线设计建议

天线设计直接关系到产品的通信性能。不同终端根据天线大小、成本、性能会选择不同类型的天线，短距离天线中比较常见的有PCB天线、芯片（陶瓷）天线、弹簧天线、鞭状天线等。选择天线时，需要主要考虑在天线周围不同方向上的辐射变化、天线效率、天线工作时需要的带宽以及需要提供给天线的功率等参数。目前面向LoRa表类应用，利尔达公司主要提供弹簧天线与折线天线两种形式参考。天线设计特别需要注意模块的工作频段，理想情况下，客户的天线带宽设计在470 - 510MHz，可以满足要求，但