RS-485 转 LoRa 无线通信方案怎么搭建

现场已经铺了 RS-485 总线，设备跑着 Modbus RTU，现在因为布线困难或成本太高，想把这段链路改成无线。这类需求在工厂仪表远程抄读、农业传感器回传和楼宇设备监控里很常见。

这套方案适合什么现场

先确认场景是否对得上。适用前提是你已经有 RS-485 设备（工业仪表、电表水表、传感器、PLC 从站，多数跑 Modbus RTU），并且打算保留这些设备和 Modbus 协议不动，只把那段线缆换成无线。

适用的现场有几个共同特征，布线距离远或走线困难、数据量不大、对实时性没有苛刻要求。常见做法是工厂里的仪表远程抄读、田间的传感器数据回传、楼宇内分散设备的状态监控。如果你的目标是换掉设备、改写协议，或者要做高速实时控制，那这条无线透传路线并不合适。

自己搭还是用现成模块

核心决策只有一条：要不要自己把"RS-485 电平转换+单片机+LoRa 芯片+射频电路（或 LoRa 前端模块）"这条链路做出来。

自己搭，硬件上要处理几件占时间的事。半双工总线靠 DE/RE（驱动使能与接收使能）信号切换收发方向，而且驱动使能必须覆盖整帧，早关一位就会截断最后一个字节，TI 为此专门出了自动方向控制的参考设计（TIDA-01090，一种可照抄的电路样板）。下图展示了 RS-485 半双工总线的典型结构（图中也含全双工对照）：主从节点通过一对差分线互联，总线两端各需一个终端电阻。

RS-485 全双工与半双工总线拓扑。半双工模式下所有节点共享同一对差分线，通过 DE/RE 控制收发方向；全双工则需要两对独立线路。

总线两端还要按 120 Ω 端接，并控制分支（stub，短支线）长度，拉出的短支线尽量短，太长会像天线一样反射扰乱信号。下图给出了正确的端接方式：标准端接在总线两端各放一个 120 Ω 电阻；噪声较大的现场可用两个 60 Ω 电阻加低通滤波器替代（AC 端接）。

RS-485 总线正确端接。左：标准 120 Ω 端接。右：AC 端接变体，用两个 60 Ω 电阻加电容滤除共模噪声。

软件上，单片机要写固件去驱动 LoRa 芯片：配置扩频因子、带宽、编码率、频点、发射功率和包格式，处理半双工收发的方向切换、FIFO 与中断、信道活动检测以及重传超时。这些寄存器配错一个，通信就起不来，这也是为什么多数改造项目更愿意直接用现成透传模块，而不是从固件重新调起。

硬件上，LoRa 芯片只是射频链路的起点。要自己布 50 Ω 阻抗线、做阻抗匹配和天线匹配网络、处理晶振与 TCXO 起振，再做 ESD 和 EMC 防护。板子还要过 SRRC（国内型号核准）这类无线电认证，出口则对应 FCC 或 CE，需要矢量网络分析仪、频谱仪和一轮整改。没有射频经验和仪器，新手常常卡在这一步。

自己搭，这几件硬件和固件工作都要走完设计和验证，工期主要花在这里。

原生带 RS-485 接口的 LoRa 透传模块，把电平转换电路和 LoRa 透传固件都做进了模块里。选它就省掉了这两段最重的自研工作，射频链路、阻抗匹配和型号核准也由模块厂商一并完成；剩下需要你处理的只剩隔离与供电。RS-485 允许 -7 V 至 +12 V 的共模电压，工业现场常见的地电位差和瞬态过压是隔离与 ESD 设计要解决的问题。

原生 485 型号按供电电压分成几档，落地时最先要处理的是供电，电压档位和现场电源对不上就要多焊一级 DC-DC。

3.3～6.5 V 档无论如何都要多焊一级 DC-DC。

需要隔离的场景（变频器与电机周边、跨配电箱、布线超 50 m）要外挂隔离型收发器或光耦隔离转换器，具体做法见「落地时要注意什么」一节。如需确认规格，请联系我们的技术支持。把供电电压、原生 485 接口、隔离规格、发射功率档位和频段版本一次问清，能更稳妥地选到可以顺利装好通电的型号。

选型看哪几个参数

下面按接口、空中速率、供电电压、发射功率几个维度筛选。需要横向比较全部型号，可查看 LoRa 模块产品总览。

第一，接口必须是原生 485 型号，因为选错就退回到自己做电平转换。注意 LoRa6100II 是 TTL 接口，接 RS-485 设备需外加转换，选型时别把它归入原生 485 型号。订购时要在型号后指定 RS-485 接口版本（如 LoRa6100Pro-485-433），频段版本也要选对。

第二，空中速率按距离选。扩频因子（SF，Spreading Factor）越高，灵敏度越好、距离越远，但单帧在空中停留的时间也越长。SF 越高，信号撒得越开，传得越远但也越慢。下表给出带宽 125 kHz、编码率 4/5、接收增益提升模式下，三种 SF 的典型取值。

表里比特率和空中时间是按公式代入计算出来的，不是 Semtech datasheet 直接给的数值；灵敏度为 Semtech datasheet 典型值，原表未标注编码率，故仅作区间参考。实际选型时，距离够用就尽量选高速率，把空中时间压下来，方便安排轮询与超时。不过要提醒，表中的空中时间只是芯片层面的计算值，实际能传多远还要看天线增益、架设高度和现场遮挡。

第三，供电电压优先，封装大小次之。供电档能直接并 24 V 就最省事；体积上，LoRa6100Pro-mini 是邮票孔小封装、适合嵌入自有设备，LoRa6200Pro 与 LoRa6500Pro 是带接线端子的铝合金外壳、适合外挂安装，按安装空间选。推荐型号 LoRa6200Pro 为 2 W、9～30 V、可选 RS-485 接口、带可拆卸接口。

LoRa6200Pro（2 W），工业级铝合金外壳，自带可拆卸接线端子，支持 TTL/RS232/RS-485 多种电平接口。

LoRa6500Pro 为 5 W、9～30 V，同样可选 RS-485 接口，可直接接现场 24 V。

LoRa6500Pro（5 W），大功率型号带散热片，同样支持 RS-485 原生接口，可直接接入现场 24 V 配电。

现场配电多是 24 V，选 3.3～6.5 V 档（LoRa6100Pro 与 LoRa6100DZ，均为 1 W、原生 RS-485 接口）就得自己加一级 DC-DC（直流降压模块，把 24 V 降到 5 V 左右）；LoRa6100Pro-mini 是小体积邮票孔封装，适合要把无线做进自己产品的人。

第四，发射功率按距离和合规来定，不要盲目追高。功率越高，传输距离越远，但功耗、体积、散热和频段合规压力都跟着上来。多数 RS-485 改造场景，1 W（LoRa6100Pro、LoRa6100DZ）到 2 W（LoRa6200Pro）已经够用。现场遮挡多、距离更远，再上 5 W（LoRa6500Pro）。30 W 的 LoRaP30Pro（12～30 V，双天线，210×151 mm）是专用远距离设备，一般改造用不到这么大的功率，只在超远距离才考虑。功率档位还要和频段合规一起看：470～510 MHz 下，100 mW 及以上的档位基本都要频率使用许可，下单前先确认（见下一节）。

多数型号工作在 470～510 MHz，而这一频段在国内受工信部 2019 年第 52 号公告约束。该公告对民用计量仪表类别规定：等效全向辐射功率（e.r.p，即法规对发射功率的限定值）须不超过 50 mW 才算微功率豁免，同时占用带宽 ≤500 kHz、单次发射 ≤1 s、限小范围组网、单信道、须发射前搜寻。对照上一段的限值，100 mW 及以上的全档位都超出微功率豁免范围，不是只有大功率型号才超。无相应频率使用许可或台站执照时，这套档位在 470～510 MHz 基本不能合法开机，下单前须先确认许可路径。

系统怎么连

链路结构为 RS-485 设备 → LoRa 透传模块 →（无线链路）→ LoRa 透传模块 → 上位机或 PLC，模块替换的正是中间那段线缆，两端对称。下图展示了典型应用方式：现场仪表/PLC 通过 RS-485 接入一侧 LoRa 模块，数据经无线透传到达另一侧，再由 LoRa 模块转回 RS-485 送往上位机。

上：单模块接线示意（用户设备 ↔ LoRa 模块的 VCC/GND/RXD/TXD）。下：完整系统拓扑（PLC / 仪表 / 控制卡 ↔ LoRa 无线透传模块 ↔ 无线链路 ↔ LoRa 模块 ↔ 上位机）。

两端各放一个同型号的原生 485 LoRa 模块，成对使用。模块对外提供 A+、B-、VCC、GND 等引脚，其中 A+ 接设备 485 的 A、B- 接 B，VCC 接供电，GND 接同侧设备的数字地。下图以 LoRa6100Pro 为例给出引脚定义与实物对照：

LoRa6100Pro 引脚定义。Pin 1=VCC（典型 5 V），Pin 2=GND，Pin 3=TXD/A（接 RS-485 的 A），Pin 4=RXD/B（接 RS-485 的 B），Pin 5=SET（配置使能），Pin 6=CS（低功耗控制）。

现场原有的 RS-485 总线拓扑、端接和接地仍然成立，无线这一段不改变 Modbus 的主从关系。RS-485 在 100 kbps 速率下，经验传输距离约 1200 m，这是应用指南给出的经验曲线，不是标准强制规定。

每个模块只和同侧设备的数字地相连，在本地段内严格单点接地（所有设备地线只在电源端汇接一处，不在两端重复接地）。屏蔽层也只在一端接地。两端靠无线链路天然隔开，没有物理导线相连，不能把两侧地线直接连到一起；跨配电箱、地电位差大时，靠外挂隔离型收发器解决，而不是把两端共地。否则地电位差会经 485 总线窜入杂讯，造成误码甚至损坏接口。

配置要动哪几项

串口侧，把波特率、数据位、停止位、校验位配成与现场 RS-485 设备完全一致。模块支持 1200～115200 bps 共 10 档波特率，数据位 7/8/9，停止位 1/2，校验无/奇/偶，出厂默认 9600 / 8 / 1 / 无。

无线侧，两端必须一致的是频段、信道、NET ID（4 字节）、空中速率，以及启用加密时的密钥。配置通过厂家的 PC 配置软件完成，配合配套的 USB 转接小板把模块连到电脑。下图是配置软件界面，需要逐项设置的有：网络参数（NET ID、NODE ID）、工作模式（Node / Router）、串口参数（波特率、数据位、校验、停止位）和射频参数（频段、信道、空中速率、发射功率），启用加密时还需写入密钥。

NiceRF Module Communication Tools 配置界面。两端模块的 NET ID、频段、信道、空中速率必须一致；NODE ID 在 MESH 模式下须唯一。

两端模块的频段、信道、NET ID（4 字节）、空中速率须逐项设为一致，启用加密时再加密钥。NET ID 填 8 位十六进制（如 12 34 56 78），两端必须完全相同。官方工作模式是透明传输（Transparent Data Transmission）与 MESH 组网，寻址用节点 ID（NODE ID）/ 网络 ID（NET ID）。透明传输就是模块只当水管过字节流；MESH 则是多节点接力转发，扩大覆盖范围。两端能否互通取决于 NET ID 是否一致，MESH 模式下各节点还要有唯一 NODE ID。

无线延伸之后还要处理的四件事

透传只搬字节流、不认 Modbus 协议，所以 Modbus 超时要按空中时间重算。上位机默认的几百毫秒超时是按有线链路设的；低速率下单帧空中时间能到数百毫秒甚至接近一秒，一来一回就超时。应当用最长帧的往返空中时间加余量来设置超时，而不是沿用有线默认值。

它也不认地址。一主多从时所有从站都会收到同一帧，靠 Modbus 自身的从站地址区分应答。因此轮询必须串行，等一个答完再问下一个，不能像有的总线那样并发。

轮询节奏由空中时间决定下限。节点越多，一轮扫完的周期越长。采集频率要按单帧空中时间乘以节点数反算每轮最长时间，再留出余量来定；先定了频率再反推，会发现单轮所需时长超过采集间隔，反而扫不完。

单帧长度要控制。批量读多个寄存器可能超出模块单包长度（如 200 字节上限），需要把读取拆小、拉开发送间隔。

落地时要注意什么

空中速率低，不适合大数据量或高频实时采集。

半双工模块同一时刻只能收或发。

节点规模受单信道半双工和冲突概率约束。一主多从每轮必须串行轮询，规模上限按"单帧空中时间 × 节点数 + 余量"反算每轮最长时间。

470～510 MHz 在工信部 2019 年第 52 号公告中归入民用计量仪表等限定类别（具体条件见选型一节）。RS-485 仪表抄读通常按“民用计量仪表”类处理，限值 ≤50 mW e.r.p（见选型一节），已远低于 1 W，所以无论归入哪类，1 W 起的模块都须取得频率使用许可。通用无线遥控频段 433.05～434.79 MHz 为 ≤10 mW、470～566 MHz 为 ≤5 mW，属另一子类。因此这套 1 W 起、最高 30 W 的模块要进入国内 470～510 MHz 应用，须取得相应频率使用许可或台站执照，或面向 868 / 915 MHz 出口市场。这是全行业大功率 sub-GHz（亚 GHz，即低于 1 GHz 的频段，433 / 470 这一段）数传的共同前提，采购前请先对照设备类别与频率使用许可要求确认。

接 RS-485 设备，隔离加不加，看现场环境。室内近距离、周边没有变频器这类大功率设备，通常可以不隔离。变频器与电机周边、跨配电箱、布线超过 50 m，要加隔离型收发器或光耦隔离转换器。户外长线或靠近电力设备的场景，隔离之外还要 TVS（瞬态电压抑制二极管）浪涌保护、屏蔽层单端接地、严格单点接地。

参考资料

SLLA272D《The RS-485 Design Guide》

SLLA070D《RS-422 and RS-485 Standards Overview》

TIDA-01090《Automatic Direction Control for RS-485》参考设计

SX1268 数据手册 Rev.1.2

SX1276/77/78/79 数据手册 Rev.7

LLCC68 数据手册 Rev.1.1

工业和信息化部《微功率短距离无线电发射设备目录和技术要求》（2019 年第 52 号公告）

G-NiceRF LoRa6200Pro 规格书 V2.2

G-NiceRF LoRa6500Pro 规格书 V4.3

G-NiceRF LoRa6100Pro 规格书 V4.2

G-NiceRF LoRa6100DZ 规格书 V1.3

G-NiceRF LoRa6100II-2W 规格书 V1.5

G-NiceRF LoRaP30Pro 规格书 V2.2