E220P - 400T22S：一款高性能LoRa无线模块的深度解析

在无线通信领域，LoRa技术凭借其远距离、低功耗、抗干扰等优势，在物联网、智能家居、工业监控等众多领域得到了广泛应用。成都亿佰特电子科技有限公司推出的E220P - 400T22S无线串口模块，就是基于LoRa扩频技术的一款优秀产品。今天，我们就来深入了解一下这款模块。

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一、产品概述

1.1 简介

E220P - 400T22S采用全新一代的LoRa扩频技术，基于LLCC68芯片方案设计。内置PA + LNA，理想条件下通信距离可达7km（相比E220 - 400T22S的5.6km有了进一步提升），同时内置LNA以及接收ESD器件，抗干扰能力更强，接收距离更远。使用有源晶振，频偏±1PPM，确保在高温低温条件下都能正常通信。工作在(410.125~493.125MHz)频段，默认433.125MHz，TTL电平输出，兼容3.3V与5V的IO口电压。

1.2 特点功能

• 卓越的通信性能：基于LLCC68开发的全新LoRa扩频调制技术，带来更远的通讯距离和更强的抗干扰能力。
• 高保密性：支持用户自行设定通信密钥，且无法被读取，极大提高了用户数据的保密性。
• LBT功能：支持LBT功能，在发送前监听信道环境噪声，可极大的提高模块在恶劣环境下的通信成功率。
• RSSI信号强度指示：支持RSSI信号强度指示功能，用于评估信号质量、改善通信网络、测距。
• 超低功耗：支持空中唤醒，即超低功耗功能，适用于电池供电的应用方案。
• 多种传输方式：支持定点传输、广播传输、信道监听。
• 深度休眠：支持深度休眠，该模式下整机功耗约3.5uA。
• 宽频段支持：支持全球免许可ISM 433.125MHz频段，支持470.125MHz抄表频段。
• 参数掉电保存：参数掉电保存，重新上电后模块会按照设置好的参数进行工作。
• 高效看门狗设计：一旦发生异常，模块将自动重启，且能继续按照先前的参数设置继续工作。
• 宽数据传输速率：支持2.4k~62.5kbps的数据传输速率。
• 宽供电范围：支持3.3~5.5V供电，大于5V供电均可保证最佳性能。
• 工业级标准：工业级标准设计，支持 - 40~ + 85℃下长时间使用。
• 灵活的射频接口：IPEX/邮票孔射频接口。

1.3 应用场景

广泛应用于家庭安防报警及远程无钥匙进入、智能家居以及工业传感器、无线报警安全系统、楼宇自动化解决方案、无线工业级遥控器、高级抄表架构(AMI)、汽车行业应用等领域。

二、规格参数

2.1 极限参数

主要参数	最小值	最大值	备注
电源电压(V)	3	5.5	超过最大值可能永久烧毁模块
阻塞功率(dBm)	-	10	-
工作温度(℃)	-40	+85	工业级

2.2 工作参数

主要参数	最小值	典型值	最大值	备注
工作电压(V)	-	3.3	5.5	≥5V可保证输出功率
通信电平(V)	-	3.3	-	使用5V TTL有风险烧毁
工作温度(℃)	-40	-	+85	工业级设计
工作频段(MHz)	410.125	-	493.125	支持ISM频段
发射电流(mA)	-	110	-	瞬时功耗@22dBm
接收电流(mA)	-	10	-	5V电压
休眠电流(μA)	-	3.5	-	软件关断
最大发射功率(dBm)	21	22	23	-
接收灵敏度(dBm)	-132	-135	-136	空中速率2.4 kbps
空中速率(bps)	2.4k	2.4k	62.5k	用户编程控制
参考距离	-	7km	-	晴朗空旷，天线增益5dBi，天线高度2.5米，空中速率2.4kbps
发射长度	-	200 Btye	-	可通过指令设置分包32/64/128/200字节发送
缓存容量	-	400 Btye	-	-
调制方式	-	LoRa	-	新一代LoRa调制技术
通信接口	-	UART串口	-	TTL电平
封装方式	贴片式	-	-
外形尺寸	16*26 mm	-	-
射频接口	IPEX/邮票孔	等效阻抗约50Ω	-

三、机械尺寸与引脚定义

模块的引脚定义清晰明确，各引脚功能如下：	引脚序号	引脚名称	引脚方向	引脚用途
1	GND	-	模块地线
2	GND	-	模块地线
3	GND	-	模块地线
4	GND	-	模块地线
5	M0	输入(极弱上拉)	和M1配合，决定模块的4种工作模式(不可悬空，如不使用可接地)
6	M1	输入(极弱上拉)	和M0配合，决定模块的4种工作模式(不可悬空，如不使用可接地)
7	RXD	输入	TTL串口输入，连接到外部TXD输出引脚
8	TXD	输出	TTL串口输出，连接到外部RXD输入引脚
9	AUX	输出	用于指示模块工作状态；用户唤醒外部MCU，上电自检初始化期间输出低电平(可以悬空)
10	VCC	-	模块电源正参考，电压范围:2.3~5.5V DC
11	GND	-	模块地线
12	NC	-	空脚
13	GND	-	模块地线
14	NC	-	空脚
15	NC	-	空脚
16	NC	-	空脚
17	NC	-	空脚
18	NC	-	空脚
19	GND	-	模块地线
20	GND	-	模块地线
21	ANT	-	天线
22	GND	-	模块地线

四、推荐连线图

推荐连线图给出了模块与单片机的简要连接说明，以STM8L单片机为例，无线串口模块为TTL电平，需与TTL电平的MCU连接。某些5V单片机，可能需要在模块的TXD和AUX脚加4~10K上拉电阻。

五、功能详解

5.1 定点发射

通过设置目标地址和信道，实现数据的定向传输。

5.2 广播发射

将模块地址设置为特定值（如0xFFFF），在指定信道下，所有接收模块都可以收到数据，达到广播的目的。

5.3 广播地址

举例：将模块A地址设置为0xFFFF，信道设置为0x04，当模块A作为发射时，0x04信道下所有的接收模块都可以收到数据。

5.4 监听地址

同样以模块A为例，当地址设置为0xFFFF，信道设置为0x04，作为接收时，可以接收到0x04信道下所有的数据，达到监听的目的。

5.5 模块复位

模块上电后，AUX将立即输出低电平，并进行硬件自检，以及按照用户参数进行工作方式设置。在此过程中，AUX保持低电平，完毕后AUX输出高电平，并按照M1、M0组合而成的工作模式开始正常工作。所以，用户需要等待AUX上升沿，作为模块正常工作的起点。

5.6 AUX详解

• 串口数据输出指示：用于唤醒休眠中的外部MCU，当所有收到的无线数据都已经通过TXD发出时，提前2 - 3ms输出信号。
• 无线发射指示：AUX = 1时，内部400字节缓冲区的数据都被写入到无线芯片（自动分包），用户连续发起小于400字节的数据，不会溢出；AUX = 0时，缓冲区不为空，模块有可能在等待用户数据结束超时，或正在进行无线分包发射。
• 模块正在配置过程中：仅在复位和退出休眠模式的时候，上电复位、指令复位、退出模式3时，均会产生该自检流程，自检期间AUX输出低电平。
• 注意事项：上述功能1和功能2，输出低电平优先；当AUX输出低电平时，模块繁忙，此时不会进行工作模式检测；用户切换到新的工作模式后，至少需要在AUX上升沿2ms后，模块才会真正进入该模式；用户从模式3（休眠模式）进入到其他模式或在复位过程中，模块会重新设置用户参数，期间AUX输出低电平。

六、工作模式

模块有四种工作模式，由引脚M1、M0设置：	模式(0 - 3)	M1	M0	模式介绍	备注
0 传输模式	0	0	串口打开，无线打开，透明传输	-
1 WOR发送模式	0	1	WOR发送方	-
2 WOR接收模式	1	0	WOR接收方	支持空中唤醒
3 深度休眠	1	1	模块进入休眠(配置参数时自动唤醒)	可配置参数

6.1 模式切换

用户可以将M1、M0进行高低电平组合，确定模块工作模式。当改变M1、M0后，若模块空闲，1ms后即可按照新的模式开始工作；若模块有串口数据尚未通过无线发射完毕，或收到无线数据后并通过串口向外发出数据，则需要处理完这些数据后才能进入新的工作模式。所以模式切换只能在AUX输出1的时候有效，否则会延迟切换。同时，利用模块处理完当前模式事件后自动进入新的模式这一特征，可以实现快速切换，降低系统功耗。

6.2 一般模式(模式0)

发射时，用户可以通过串口输入数据，模块会启动无线发射；接收时，模块无线接收功能打开，收到无线数据后会通过串口TXD引脚输出。

6.3 WOR发送模式(模式1)

发射前会自动增加一定时间的唤醒码，接收功能等同于模式0。

6.4 WOR接收模式(模式2)

无线发射关闭，仅可接收WOR发送模式(模式1)下的数据。

6.5 深度休眠(配置)模式(模式3)

无法发射和接收无线数据，但可以配置模块参数。当从休眠模式进入到其他模式，模块会重新配置参数，配置过程中，AUX保持低电平，完毕后输出高电平，建议用户检测T_BUSY上升沿。

七、寄存器读写控制

7.1 指令格式

在配置模式(模式3:M1 = 1,M0 = 1)下，支持设置寄存器、读取寄存器、设置临时寄存器等指令，设置时只支持9600,8N1格式。	序号	指令格式	详细说明
1	设置寄存器	指令:C0 + 起始地址 + 长度 + 参数 响应:C1 + 起始地址 + 长度 + 参数
2	读取寄存器	指令:C1 + 起始地址 + 长度 响应:C1 + 起始地址 + 长度 + 参数
3	设置临时寄存器	指令:C2 + 起始地址 + 长度 + 参数 响应:C1 + 起始地址 + 长度 + 参数
4	格式错误	格式错误响应 FF FF FF

7.2 寄存器描述

寄存器涵盖了模块地址、串口速率、空中速率、分包设定、发射功率、信道控制等多种参数的设置，各参数的设置对模块的性能有着重要影响。例如，通信双方的空中速率必须相同，而串口波特率和校验方式可以不同，但在连续发射较大数据包时，建议通信双方波特率相同。

7.3 出厂默认参数

模块型号	频率	地址	信道	空中速率	波特率	串口格式	发射功率
E220P - 400T22S	433.125MHz	0x0000	0x17	2.4kbps	9600	8N1	22dBm

八、上位机配置说明

用户可通过M0、M1切换为命令模式，在上位机进行参数快速配置和读取。在配置上位机中，模块地址、频率信道、网络ID、密钥均为十进制显示模式，各参数取值范围为：网络地址0~65535，频率信道0~83，密钥0~65535。

九、硬件设计

在硬件设计方面，需要注意以下几点：

• 推荐使用直流稳压电源对该模块进行供电，电源纹波系数尽量小，模块需可靠接地。
• 注意电源正负极的正确连接，避免反接导致模块永久性损坏。
• 检查供电电源，确保在推荐供电电压之间，避免超过最大值造成模块损坏。
• 保证电源稳定性，电压不能大幅频繁波动。
• 在设计供电电路时，保留30%以上余量，有利于整机长期稳定地工作。
• 模块应尽量远离电源、变压器、高频走线等电磁干扰较大的部分。
• 高频数字走线、高频模拟走线、电源走线必须避开模块下方，若实在需要经过模块下方，需在模块接触部分的Top Layer铺地铜并良好接地，且靠近模块数字部分并走线在Bottom Layer。
• 天线安装结构对模块性能有较大影响，务必保证天线外露且最好垂直向上；当模块安装于机壳内部时，可使用优质的天线延长线，将天线延伸至机壳外部；天线切不可安装于金属壳内部，否则会导致传输距离极大削弱。

十、常见问题及解决方法

10.1 传输距离不理想

可能原因包括存在直线通信障碍、温度湿度和同频干扰、地面吸收反射无线电波、天线附近有金属物体或放置于金属壳内、功率寄存器设置错误、空中速率设置过高、电源电压低于推荐值、天线匹配程度差或天线本身品质问题等。解决方法是消除通信障碍、避开干扰源、检查电源电压、正确设置参数、更换合适的天线等。

10.2 模块易损坏

检查供电电源是否在推荐电压范围内，确保电源稳定性，避免电压大幅频繁波动。同时，在安装使用过程中要进行防静电操作，避免在过高或过低温度下使用。

10.3 误码率太高

检查电源稳定性，进行防静电操作，控制使用环境湿度，避免在过高或过低温度下使用。远离同频信号干扰源，修改频率或信道避开干扰，保证电源的可靠性，使用优质的延长线和馈线。

十一、焊接作业指导

11.1 回流焊温度

Profile Feature	曲线特征	Sn - Pb Assembly	Pb - Free Assembly
Solder Paste	锡膏	Sn63/Pb37	Sn96.5/Ag3/Cu0.5
Preheat Temperature min (Tsmin)	最小预热温度	100℃	150℃
Preheat temperature max (Tsmax)	最大预热温度	150℃	200℃
Preheat Time (Tsmin to Tsmax)(ts)	预热时间	60 - 120 sec	60 - 120 sec
Average ramp - up rate(Tsmax to Tp)	平均上升速率	3℃/second max	3℃/second max
Liquidous Temperature (TL)	液相温度	183