一、技术背景与核心价值

LoRa（Long Range）作为低功耗广域网（LPWAN）的核心技术，凭借其远距离传输（可达15公里）、低功耗（μA级待机电流）和抗干扰能力，广泛应用于物联网场景。结合STM32F1系列微控制器（基于ARM Cortex-M3内核，主频72MHz，成本低、资源丰富），开发者可快速构建高性价比的无线通信节点。本文聚焦STM32F1与LoRa模块的硬件连接、寄存器配置及通信流程，为工业监控、环境监测等场景提供可复用的技术方案。

二、硬件连接与关键参数配置

1. 接口与引脚定义

LoRa模块通常通过SPI接口与STM32F1通信，需连接以下引脚：

SCK：SPI时钟（如PA5）
MISO：主入从出数据（如PA6）
MOSI：主出从入数据（如PA7）
NSS：片选信号（如PA4，低电平激活）
RESET：复位引脚（如PB0）
DIO0：中断引脚（用于接收完成通知，如PB1）

示例配置：

// GPIO初始化（以PA4-NSS为例）
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

2. SPI参数配置

LoRa模块通常要求SPI模式0（CPOL=0, CPHA=0），时钟频率不超过10MHz。配置步骤如下：

// SPI初始化（以SPI1为例）
hspi1.Instance = SPI1;
hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16; // 约4.5MHz（72MHz/16）
hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
HAL_SPI_Init(&hspi1);

三、LoRa模块寄存器配置

1. 工作模式设置

通过写入寄存器RegOpMode（地址0x01）配置模块为发送或接收模式：

#define REG_OP_MODE 0x01
void SetLoRaMode(uint8_t mode) {
    uint8_t reg_val;
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, &reg_val, 1, HAL_MAX_DELAY); // 读取当前值
    reg_val = (reg_val & 0x7F) | (mode << 7); // 保留低7位，设置Mode位
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // 激活NSS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &REG_OP_MODE, 1, HAL_MAX_DELAY);
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &reg_val, 1, HAL_MAX_DELAY);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); // 释放NSS
}
// 模式定义：0x00=睡眠，0x01=待机，0x03=发送，0x05=接收

2. 关键参数配置

频率设置：通过RegFrfMsb/Mid/Lsb（地址0x06-0x08）配置中心频率（如433MHz）：

#define FREQ_433MHZ 0x6C8000 // 433MHz对应值
void SetFrequency(uint32_t freq) {
    uint8_t data[3];
    data[0] = (freq >> 16) & 0xFF;
    data[1] = (freq >> 8) & 0xFF;
    data[2] = freq & 0xFF;
    // 写入寄存器（需分三次传输）
}

扩频因子（SF）：通过RegModemConfig1（地址0x1D）设置（7-12）：

#define REG_MODEM_CONFIG1 0x1D
void SetSpreadingFactor(uint8_t sf) {
    uint8_t reg_val;
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, &reg_val, 1, HAL_MAX_DELAY);
    reg_val = (reg_val & 0x0F) | ((sf - 7) << 4); // 保留低4位
    // 写入寄存器（同上）
}

四、发送与接收流程实现

1. 数据发送（TX）

步骤：配置为发送模式→写入数据→等待完成→切换回待机模式。

#define REG_FIFO 0x00
void LoRa_TX(uint8_t *data, uint8_t length) {
    SetLoRaMode(0x03); // 发送模式
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &REG_FIFO, 1, HAL_MAX_DELAY); // 指向FIFO
    for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
        HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data[i], 1, HAL_MAX_DELAY);
    }
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
    // 等待DIO0引脚置高（需外部中断或轮询）
    while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
    SetLoRaMode(0x01); // 切换回待机模式
}

2. 数据接收（RX）

步骤：配置为连续接收模式→等待DIO0中断→读取FIFO数据。

void LoRa_RX(uint8_t *buffer, uint8_t *length) {
    SetLoRaMode(0x05); // 接收模式
    // 等待DIO0中断（需配置外部中断）
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_1);
    while (1) {
        if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_FLAG(GPIO_PIN_1)) {
            uint8_t fifo_ptr;
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);
            HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &REG_FIFO_RX_CURRENT_ADDR, 1, HAL_MAX_DELAY);
            HAL_SPI_Receive(&hspi1, &fifo_ptr, 1, HAL_MAX_DELAY);
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
            // 读取FIFO数据（需先获取数据长度）
            *length = GetRxPacketLength(); // 自定义函数
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);
            HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &REG_FIFO, 1, HAL_MAX_DELAY);
            HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, *length, HAL_MAX_DELAY);
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
            break;
        }
    }
    SetLoRaMode(0x01); // 切换回待机模式
}

五、优化建议与注意事项

功耗优化：在空闲时将模块切换至睡眠模式（SetLoRaMode(0x00)），并通过RTC定时唤醒。
抗干扰设计：动态调整信道（通过RegFrfMsb/Mid/Lsb）或扩频因子（SF7→SF12）以避开干扰频段。
数据完整性：启用CRC校验（RegModemConfig2的0x04位）并实现重传机制。
调试技巧：使用逻辑分析仪捕获SPI波形，验证寄存器写入是否正确；通过串口打印调试信息。

六、典型应用场景

环境监测：STM32F1采集温湿度数据，通过LoRa发送至网关。
工业控制：远程控制设备开关，接收设备状态反馈。
农业物联网：土壤湿度传感器数据上报，支持大规模节点部署。

通过本文的配置与代码示例，开发者可快速实现STM32F1与LoRa模块的稳定通信，为低功耗广域网应用提供可靠的技术支撑。

STM32F1与LoRa通信：TX与RX收发实现指南