LoRa自学笔记01：原理与学习路线

适用人群：零基础，想用单片机（STM32 / 51 / ESP32 / Arduino）驱动市面上常见 LoRa 模块的开发者。

核心问题先行：LoRa 通信至少需要 2 个模块（或 1 个模块 + 1 台 LoRaWAN 网关），只买 1 个模块无法通信。

[LoRa 到底是什么](#LoRa 到底是什么)
需要买几个模块？
[LoRa 通信原理解说](#LoRa 通信原理解说)
[市面上最常用的 LoRa 模块盘点](#市面上最常用的 LoRa 模块盘点)
[两大驱动路线：串口透传 vs SPI 裸驱](#两大驱动路线：串口透传 vs SPI 裸驱)
[路线 A：串口透传模块实战（以亿佰特 E220-400T22S 为例）](#路线 A：串口透传模块实战（以亿佰特 E220-400T22S 为例）)
[路线 B：SPI 裸芯片模块实战（以安信可 Ra-02 / SX1278 为例）](#路线 B：SPI 裸芯片模块实战（以安信可 Ra-02 / SX1278 为例）)
[进阶：LoRaWAN 是什么，和裸 LoRa 有什么区别](#进阶：LoRaWAN 是什么，和裸 LoRa 有什么区别)
[常见问题 FAQ](#常见问题 FAQ)
从零到精通的学习路线

一、LoRa 到底是什么

LoRa（Long Range）是一种远距离、低功耗、低速率的无线通信技术，由 Semtech 公司拥有。你可以这样理解它的定位：

技术	距离	功耗	速率	典型用途
WiFi	~50m	高	高	视频、上网
蓝牙	~10m	低	中	耳机、手环
LoRa	2~15km	极低	低（0.3~50kbps）	传感器、抄表、农业
4G/NB-IoT	基站覆盖	中	中	需运营商、要交话费

LoRa 的杀手锏：不需要运营商、免流量费、空旷环境轻松几公里、电池供电能用好几年，代价是传输速率很低，只适合传小数据（温度、开关量、定位坐标等）。

LoRa 与 LoRaWAN 的区别（新手最容易混淆）

LoRa：只是物理层的无线电调制技术（"怎么把 0 和 1 变成电磁波"）。
LoRaWAN：建立在 LoRa 之上的通信协议和网络架构（"设备怎么入网、怎么和服务器对话"），需要网关和网络服务器。

新手自学、自己两个模块互发数据，用的是裸 LoRa 点对点，完全不需要网关和服务器。LoRaWAN 是进阶内容。

二、需要买几个模块？

核心答案：至少 2 个。 无线通信必须有"一发一收"两端。

常见组合：

你的目的	要买的东西
两个设备互传数据（如遥控小车、两个传感器互通）	2 个同型号 LoRa 模块
一个基站收集 N 个传感器数据	N 个节点模块 + 1 个集中器模块（共 N+1 个）
接入公共 LoRaWAN 网络（如 TTN）	1 个节点模块（附近有网关覆盖才行）
自己搭 LoRaWAN 私有网络	1 个 LoRaWAN 网关 + N 个节点

购买注意事项：

两个模块必须频段一致（国内一般买 433MHz 或 470MHz 版本，也叫 400M 频段）。
新手建议买 UART 串口透传型（如亿佰特 E220/E22 系列），到手两根线交叉一接就能通。
别忘了天线！LoRa 模块不装天线几乎传不出去，还可能烧功放。买 433MHz 胶棒天线或弹簧天线（IPEX 接口的注意配套）。
想先在电脑上玩，再买 2 个 USB 转 TTL 小板（CH340），不用写一行代码就能验证通信。

最低成本入门套装（约 40~60 元）：

2 × 亿佰特 E220-400T22S（或 ATK-LORA-01）
2 × USB 转 TTL（CH340）
天线一般随模块附送或加几块钱

三、LoRa 通信原理解说

3.1 扩频调制（CSS）------LoRa 的核心魔法

普通无线通信（如 433M 遥控器用的 ASK）信号能量集中在一个很窄的频率点上，容易被干扰、容易被噪声淹没。

LoRa 用的是线性调频扩频（CSS, Chirp Spread Spectrum）：把每一位数据展开成一段"频率随时间扫动"的啁啾（Chirp）信号，能量摊开在很宽的频带里。

好处：

接收灵敏度极高（可达 -148dBm）：信号淹没在噪声下面几十 dB 也能解出来；
抗干扰强：窄带干扰只影响啁啾的一小段，靠相关运算还能恢复；
代价是速率低。

3.2 三个你必须懂的关键参数

① 扩频因子 SF（Spreading Factor），取值 SF6~SF12

SF 越大 → 每个符号传输时间越长 → 距离越远、灵敏度越高、速率越低、耗电越多；
SF 越小 → 速率快、距离近。
通信双方 SF 必须相同（不同 SF 之间基本互相听不见，准正交）。

② 带宽 BW（Bandwidth），常见 125 / 250 / 500 kHz

BW 越大 → 速率越快，但灵敏度下降、距离变近；
国内 433M 一般配合 125kHz 使用。

③ 编码率 CR（Coding Rate），如 4/5~4/8

前向纠错比例，CR 越高纠错能力越强、冗余越多、速率越慢。

经验口诀：想传得远 → 大 SF + 小 BW；想传得快 → 小 SF + 大 BW。

速率和距离的对应关系（SF7/BW125K 速率约 5.5kbps、距离近；SF12/BW125K 速率约 0.3kbps、距离最远）。模块手册里的"空中速率 0.3k~19.2k"背后就是这几组参数的组合。

3.3 一次通信到底发生了什么

复制代码

发送端 MCU ──(串口/SPI)──> LoRa模块 ──(啁啾射频信号)──> LoRa模块 ──(串口/SPI)──> 接收端 MCU
                          把数据编码成                           解调出数据
                          扩频信号发射

LoRa 数据包的物理结构：

前导码 Preamble：一串标准啁啾，告诉对方"我要发数据了，快同步"；
包头 Header：数据长度、编码率、CRC 开关等信息；
Payload：你的实际数据，一次最多 255 字节（FIFO 256 字节）；
CRC：校验，防误码。

收发双方只要 频率、SF、BW、CR、前导码长度 这五个参数一致，就能互相通信。

3.4 地址与信道（针对串口透传模块）

串口透传模块在上述物理参数之上又封装了"地址 + 信道"的概念：

模块地址（2 字节，0~65535）：类似门牌号；
信道（1 字节）：每个信道对应一个具体频点，如信道 0 = 410.125MHz，信道 23 = 433.125MHz（每信道间隔 1MHz）；
地址相同 + 信道相同 + 空中速率相同 → 才能透传互通。

四、市面上最常用的 LoRa 模块盘点

4.1 串口透传型（UART）------新手首选

内部有 MCU 帮你把 LoRa 协议全部跑好，单片机只管用串口收发字节，AT 指令或上位机配置参数。

型号	芯片	频段	功率	接口	特点
亿佰特 E220-400T22S	SX1268	433/470M	22dBm	UART	新一代低功耗，休眠 180nA，性价比之王
亿佰特 E22-400T30S	SX1262+PA	433/470M	30dBm(1W)	UART	大功率远距，AT 指令
亿佰特 E32-433T20D/T33D	SX1278	433M	20/33dBm	UART	经典老将，资料极多
正点原子 ATK-LORA-01	SX1278	433M	20dBm	UART	配正点原子教程，学生学习常用

4.2 SPI 裸芯片型------进阶、便宜、自由度最高

模块里就是一颗射频芯片，所有寄存器都要自己操作，单片机通过 SPI 读写。

型号	芯片	频段	特点
安信可 Ra-01	SX1278	433M	约 10 元，弹簧天线，资料最多
安信可 Ra-02	SX1278	433M	带 IPEX 座子，直接拧胶棒天线
安信可 Ra-01S / Ra-01SC	SX1268 / LLCC68	433M	新一代低功耗
安信可 Ra-01SH	SX1262	868/915M	海外频段
亿佰特 E220-400M22S / E22-400M22S	SX1268/1262	433/470M	邮票孔，适合集成进自己的产品
RFM95W	SX1276	868/915M	国外开源项目常见

4.3 LoRaWAN 节点型

型号	芯片	特点
亿佰特 E78-400M22S1C	ASR6601（国产 SoC）	支持 LoRaWAN，可二次开发
安信可 Ra-07 / Ra-08	ASR6501/6502	Ra-08 支持串口烧写、二次开发
各种 LilyGo / Heltec 开发板	ESP32+SX1276 集成	屏幕+LoRa 一体，玩 Arduino 方便

4.4 选型建议

纯新手、只想快点通：E220-400T22S × 2（串口型）
想学底层原理、做竞赛/毕设：Ra-02 × 2（SPI 型）+ STM32
要做 LoRaWAN、上云平台：E78 或 Heltec/LilyGo + 一台网关

五、两大驱动路线：串口透传 vs SPI 裸驱

对比项	串口透传型	SPI 裸芯片型
上手难度	★（会串口就行）	★★★★（要啃寄存器手册）
单片机要求	1 个 UART	1 个 SPI + 几个 GPIO
可定制性	低（参数固定几个档）	高（SF/BW/CR 随便调）
价格	15~30 元	10~15 元
适合	快速落地、产品	学习原理、竞赛、深度定制

两条路线后面各给一份完整实战教程。

六、路线 A：串口透传模块实战

以 亿佰特 E220-400T22S 为例（E22、E32、ATK-LORA-01 思路完全一样）。

6.1 先不写代码：电脑对电脑验证通信

材料：2 个模块 + 2 个 USB 转 TTL + 天线。

接线（TX/RX 交叉！）：

LoRa 模块	USB 转 TTL
VCC	5V（注意查你模块的电压范围，E220 支持 2.3~5.5V）
GND	GND
TXD	RXD
RXD	TXD
M0、M1	GND（进入模式 0：透传模式）

测试：

两个模块都插电脑，开两个串口助手，波特率默认 9600；
出厂默认参数相同（地址 0、信道 23、空中速率 2.4k），直接在窗口 A 发 Hello，窗口 B 就能收到 Hello；
通了！这就是 LoRa 点对点。

改参数（用亿佰特官方上位机 RFSetting，或 AT 指令）：

把 M1 接高电平（M0=0, M1=1）进入配置模式；
可改地址、信道、波特率、空中速率、功率等；
改完记得把 M1 拉回低电平回到透传模式。

6.2 四种工作模式（M0/M1 引脚控制）

M1	M0	模式	说明
0	0	传输模式	正常透传收发
0	1	WOR 模式	低功耗监听，电池节点用
1	0	配置模式	改参数用
1	1	深度休眠	几乎不耗电

6.3 单片机接线（以 STM32 为例）

复制代码

STM32            E220-400T22S
PA9  (USART1_TX) ──> RXD
PA10 (USART1_RX) <── TXD
PA8  (GPIO)      ──> M0
PA11 (GPIO)      ──> M1
3.3V/5V          ──> VCC
GND              ──> GND
AUX              ──> PA12 (可选，忙标志检测)

6.4 收发代码（HAL 库示例）

透传模式下，代码简单到令人发指------LoRa 模块就是一个"看不见的串口"：

c 复制代码

// 初始化：M0=0, M1=0 进入透传模式
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);  // M0=0
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_11, GPIO_PIN_RESET); // M1=0
HAL_Delay(50);  // 等模式切换完成

// 发送：直接往串口扔数据
uint8_t msg[] = "Temperature:25.6C";
HAL_UART_Transmit(&huart1, msg, sizeof(msg)-1, 100);

// 接收：用串口中断/DMA 收
uint8_t rxbuf[64];
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart1, rxbuf, sizeof(rxbuf));
// 回调里处理收到的数据，对方发什么你就收什么

定点传输 （指定发给谁）：把模块配置为定点模式后，串口发出的数据前 3 个字节是 目标地址高字节 + 目标地址低字节 + 目标信道，后面才是数据：

c 复制代码

// 发给地址 0x1234、信道 0x17 的设备
uint8_t pkt[] = {0x12, 0x34, 0x17, 'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
HAL_UART_Transmit(&huart1, pkt, sizeof(pkt), 100);

6.5 串口型的坑

TX/RX 一定要交叉，且共地；
单片机串口波特率要和模块配置一致（默认 9600）；
空中速率 ≠ 串口波特率！空中速率低时，连续猛发会溢出，要分包、留间隔；
模式切换后要延时几十 ms 再收发；
大功率模块（30dBm）发射电流可达 500mA~1A，电源要够劲。

七、路线 B：SPI 裸芯片模块实战

以 安信可 Ra-02（SX1278） 为例。这才是真正"精通 LoRa"的必经之路。

7.1 接线（以 STM32F103 为例）

Ra-02 引脚	STM32	说明
3.3V	3.3V	只能 3.3V！不能 5V
GND	GND
NSS	PA4	SPI 片选（GPIO 软件控制）
SCK	PA5	SPI1_SCK
MISO	PA6	SPI1_MISO
MOSI	PA7	SPI1_MOSI
RST	PB0	复位脚，给个 GPIO
DIO0	PB1	收发完成中断脚

DIO0 是关键：发送完成、收到数据都会在这个脚上产生上升沿脉冲，建议接单片机外部中断。

7.2 SX1278 寄存器通信基础

SX1278 就是一个 SPI 从机。读写规则：

写寄存器：地址字节最高位置 1（addr | 0x80），然后发数据；
读寄存器：直接发地址字节，然后读回数据。

c 复制代码

// SPI 底层读写
uint8_t sx1278_read(uint8_t addr) {
    uint8_t val;
    NSS_LOW();
    spi_transfer(addr & 0x7F);   // 读：最高位0
    val = spi_transfer(0x00);
    NSS_HIGH();
    return val;
}

void sx1278_write(uint8_t addr, uint8_t val) {
    NSS_LOW();
    spi_transfer(addr | 0x80);   // 写：最高位1
    spi_transfer(val);
    NSS_HIGH();
}

7.3 初始化流程（核心寄存器）

c 复制代码

void lora_init(void) {
    // 1. 硬件复位
    RST_LOW(); HAL_Delay(10); RST_HIGH(); HAL_Delay(10);

    // 2. 进入 Sleep + LoRa 模式（必须先Sleep才能切LoRa模式）
    sx1278_write(0x01, 0x80);        // RegOpMode: LoRa + Sleep
    sx1278_write(0x01, 0x81);        // LoRa + Standby

    // 3. 设置频率 433MHz
    //    Frf = 433MHz / 61.035Hz ≈ 0x6C4000（三步分频寄存器）
    sx1278_write(0x06, 0x6C);        // RegFrfMsb
    sx1278_write(0x07, 0x40);        // RegFrfMid
    sx1278_write(0x08, 0x00);        // RegFrfLsb

    // 4. 发射功率 17dBm（PA_OUTPUT_PA_BOOST）
    sx1278_write(0x09, 0xF0);        // RegPaConfig

    // 5. BW=125kHz, CR=4/5, 显式包头
    sx1278_write(0x1D, 0x72);        // RegModemConfig1

    // 6. SF=7, CRC开
    sx1278_write(0x1E, 0x74);        // RegModemConfig2

    // 7. 前导码长度 8
    sx1278_write(0x20, 0x00);
    sx1278_write(0x21, 0x08);

    // 8. DIO0 映射：RX 时=RxDone，TX 时=TxDone
    sx1278_write(0x40, 0x00);        // RegDioMapping1
}

7.4 发送流程

c 复制代码

void lora_send(uint8_t *data, uint8_t len) {
    sx1278_write(0x01, 0x81);          // Standby
    sx1278_write(0x0D, 0x00);          // FIFO 指针 -> Tx 基地址 0x00
    for (uint8_t i = 0; i < len; i++)
        sx1278_write(0x00, data[i]);   // 写入 FIFO (RegFifo)
    sx1278_write(0x22, len);           // RegPayloadLength
    sx1278_write(0x01, 0x83);          // 切到 TX 模式，自动发射
    // 等 DIO0 拉高 = TxDone
    while (dio0_read() == 0);
    sx1278_write(0x12, 0x08);          // 清 TxDone 中断标志
}

7.5 接收流程

c 复制代码

uint8_t lora_recv(uint8_t *buf) {
    sx1278_write(0x0D, 0x00);          // FIFO 指针 -> Rx 基地址
    sx1278_write(0x01, 0x85);          // RX Continuous 连续接收
    while (dio0_read() == 0);          // 等 RxDone 中断
    uint8_t irq = sx1278_read(0x12);   // RegIrqFlags
    sx1278_write(0x12, 0xFF);          // 清标志
    if (irq & 0x20) return 0;          // CRC 错误，丢弃
    uint8_t len = sx1278_read(0x13);   // RegRxNbBytes
    sx1278_write(0x0D, sx1278_read(0x25)); // 指针跳到本包起始
    for (uint8_t i = 0; i < len; i++)
        buf[i] = sx1278_read(0x00);    // 读出 FIFO
    return len;
}

不想手写寄存器？Arduino/ESP32 直接用开源库 RadioLib 或 arduino-LoRa（Sandeep Mistry），几行代码搞定；STM32 可移植这些库或用官方参考代码。

7.6 互通条件清单（收发两端必须一致）

任何一项不同，两边就是"聋子"。

八、进阶：LoRaWAN 是什么

当你不满足于"两个模块互发"，想让数据上云、让成千上万的节点接入一个网络时，就需要 LoRaWAN。

复制代码

传感器节点 ──LoRa──> LoRaWAN网关 ──互联网──> 网络服务器(TTN/ChirpStack) ──> 你的应用/云平台

节点：E78、Ra-08、Heltec 板等；
网关：多通道 SX1302 基带的设备（几百到几千元），不是普通 LoRa 模块；
服务器：免费的 TTN，或自己搭 ChirpStack；
节点入网需要 DevEUI / AppEUI / AppKey 三要素；
协议栈用开源的 LoRaMac-node 或模块自带固件。

新手建议先把裸 LoRa 点对点玩熟，再上 LoRaWAN。

九、常见问题 FAQ

Q1：我只买一个模块，能收到别人的信号吗？

理论上如果附近有同频段同参数的设备在发，你能收到。但实际中别人参数你不知道，所以自学必须买 2 个。

Q2：433MHz 合法吗？

国内 433.05~434.79MHz 和 470~510MHz 属于免许可微功率频段，但发射功率有限制（一般 ≤50mW/17dBm 或特定条件 1W），买 SRRC 认证过的模块、民用场景实验一般没问题。

Q3：LoRa 能传多远？

标称"10km"是空旷可视 + 高增益天线 + 最低速率的理想值。城市里楼群间一般 1~3km，农田空旷 3~8km，别迷信宣传值。

Q4：能传图片、语音吗？

不能（或极痛苦）。速率只有几百 bps 到几十 kbps，适合小数据包。

Q5：模块发热/烧毁了？

检查：①供电超压（Ra 系列只能 3.3V）；②没接天线就长时间大功率发射；③两个模块贴太近 + 满功率发射，可能烧 LNA，测试时拉开几米距离或降功率。

Q6：一对多怎么实现？

串口透传：所有节点同地址同信道，主机发大家都能收（广播）；或定点模式逐个寻址。SPI 裸驱：自己设计协议，数据包开头带目标地址字节，收到后比对地址决定处理或丢弃。

Q7：LoRa 和蓝牙/WiFi 能互通吗？

不能，完全不同的物理层。需要网关做协议转换。

Q8：为什么我两个模块距离 1 米反而收不到？

近距离满功率会阻塞接收机。拉开距离，或把发射功率调低。

十、从零到精通的学习路线

第 1 阶段：点亮通信（1 天）

买 2 个串口透传模块 + USB 转 TTL，电脑上互发 Hello World；
玩懂上位机配置：地址、信道、空中速率、功率、定点/透传。

第 2 阶段：单片机接入（2~3 天）

STM32/51/ESP32 串口接 LoRa，做一个实际小项目：如 A 板采集温湿度，B 板 OLED 显示；
学会处理分包、超时、校验。

第 3 阶段：吃透原理（1 周）

换 SPI 裸芯片模块（Ra-02），对着 SX1278 数据手册手写驱动；
用 DIO0 中断做收发，改 SF/BW 实测距离和速率的关系。

第 4 阶段：组网（1~2 周）

自己设计简单协议：地址帧头 + 数据 + CRC，实现 1 主多从轮询；
低功耗：休眠 + 定时唤醒 + CAD 信道检测。

第 5 阶段：LoRaWAN（进阶）

网关 + ChirpStack 服务器，节点入网，数据上云。

附：推荐采购清单（新手入门版）

物品	数量	参考价
亿佰特 E220-400T22S（433MHz）	2	~20元×2
USB 转 TTL（CH340）	2	~5元×2
433MHz 胶棒天线（若模块不送）	2	~3元×2
（进阶）安信可 Ra-02	2	~12元×2
STM32F103C8T6 最小系统板（若没有）	2	~15元×2

LoRa自学笔记01：原理与学习路线

目录

一、LoRa 到底是什么

LoRa 与 LoRaWAN 的区别（新手最容易混淆）

二、需要买几个模块？

三、LoRa 通信原理解说

3.1 扩频调制（CSS）------LoRa 的核心魔法

3.2 三个你必须懂的关键参数

① 扩频因子 SF（Spreading Factor），取值 SF6~SF12

② 带宽 BW（Bandwidth），常见 125 / 250 / 500 kHz

③ 编码率 CR（Coding Rate），如 4/5~4/8

3.3 一次通信到底发生了什么

3.4 地址与信道（针对串口透传模块）

四、市面上最常用的 LoRa 模块盘点

4.1 串口透传型（UART）------新手首选

4.2 SPI 裸芯片型------进阶、便宜、自由度最高

4.3 LoRaWAN 节点型

4.4 选型建议

五、两大驱动路线：串口透传 vs SPI 裸驱

六、路线 A：串口透传模块实战

6.1 先不写代码：电脑对电脑验证通信

6.2 四种工作模式（M0/M1 引脚控制）

6.3 单片机接线（以 STM32 为例）

6.4 收发代码（HAL 库示例）

6.5 串口型的坑

七、路线 B：SPI 裸芯片模块实战

7.1 接线（以 STM32F103 为例）

7.2 SX1278 寄存器通信基础

7.3 初始化流程（核心寄存器）

7.4 发送流程

7.5 接收流程

7.6 互通条件清单（收发两端必须一致）

八、进阶：LoRaWAN 是什么

九、常见问题 FAQ

十、从零到精通的学习路线

附：推荐采购清单（新手入门版）