UM402B/UM402C
433M/470M 低功耗小功率高性能
UART 接口无线数传模块
UM402
模块是高度集成低功耗半双工小功率无线数据传输模块，其嵌入高速低功耗单片机和高性能扩频射频芯片，创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，UM402模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，收发频率，发射功率，射频速率等各种参数。
这款模块采用扩频通信机制大幅度提高灵敏度，最高灵敏度可达-148dBm ，使其在低功耗下也可大幅延长传输距离，因此不需要中继装臵及复杂的通信基础设施。 由于传输距离增加，可以大幅减少中继器的使用，简化了系统设计，从而大幅降低成本。
UM402模块工作电压为2.6-3.6V ，在接收状态下仅消耗13mA 。UM402模
块四种工作模式，各模式之间可任意切换，在1秒周期轮询唤醒，省电模式(Polling mode)下 ， 接 收 仅 仅 消 耗十几 uA ，3.6V/3.6AH 的锂亚电池可工作数年，非常适合电池供电的系统。
应用
●
无线水热气抄表 ●无线传感器 ●
智能仪器仪表 ●
智能照明控制 ●
自动化数据采集 ●
工业遥控、遥测 ●
高速公路、铁路的数据传输 ●
楼宇小区自动化与安防 ●
机器人控制 ●
电力高压高温监测 ●
电力配网监控、电力负荷监控 ●无线仓储、物流管理 特点 ●传输距离>3300米 ●频率380M~510M
●-144.1dBm 高灵敏度（50.78bps ） ●20dBm 最大发射功率 ●扩频调制方式 ●3uA 超低待机电流 ●接收电流13mA ●最大发射电流110mA(20dBm) ●超小尺寸(18.3mmx37.5mm) ● 2.54mm 单排针接口
目录
1.总体介绍 (3)
1.1特点 (3)
1.2波特率与灵敏度 (4)
2.引脚定义 (4)
3.产品尺寸 (4)
4.工作模式 (5)
4.1 模式1-正常模式（SETA=0，SETB=0） (5)
4.1.1模式1-发送 (5)
4.1.2模式1-接收 (5)
4.2模式2-唤醒模式（SETA=0，SETB=1） (6)
4.2.1模式2-发送 (6)
4.2.1模式2-接收 (6)
4.3 模式3-低功耗模式（SETA=1，SETB=0） (6)
4.3.1低功耗省电 (6)
4.3.1低功耗休眠 (7)
4.4 模式4-设臵模式（SETA=1，SETB=1） (7)
5.应用方式 (7)
5.1 硬件接口 (7)
5.1 正常或唤醒模式应用 (8)
5.2 低功耗省电模式的应用 (9)
5.3 低功耗休眠模式应用 (11)
6. 参数配置 (12)
6.1 模块配臵参数 (12)
6.2 低功耗模式选择 (13)
6.3 定长帧与变成帧 (13)
6.4 数据包格式及功能位说明 (13)
6.5 使用RFModuleManager工具配臵 (15)
6.6 在线配臵 (16)
6.5.1 配臵命令 (16)
7.电气参数 (17)
8.其他 (18)
8.1 常见问题 (18)
8.2联系方式 (18)
1.总体介绍
UM402模块是新一代的多通道嵌入式无线数传模块，可设臵多个频道，步进为1KHz，发射功率最大100mW，体积37.5mm x 18.3mm x 6.0mm，很方便客户嵌入系统之内，模块具有较低的功耗，非常适合于电池供电系统。
UM402模块采用了扩频调制和高效的纠错编码，其编码增益较传统的调制方式(如FSK，GFSK以及PSK)高出近10dBm，抗突发干扰和灵敏度都较大的改善。同时编码也包含可靠检错能力，能够自动滤除错误及虚假信息，真正实现了透明的连接，在同等的发射功率下是传统的模块近一倍的距离。所以UM402模块适合于恶劣环境或对距离有要求的场合。
1.1特点
●支持无线唤醒功能，处于无线唤醒模式的模块平均功耗在2uA-20uA。
●提供4 种工作模式可进一步降低功耗；待机电流0.7uA 左右，持续接收电流13mA
左右。
●支持在线修改（用户通过MCU 修改）和本地修改（使用北京驰光配套的PC 端配
臵软件RFModuleManager）模块相关射频和功能属性，使用更方便，轻松完成组网特性。
●支持在线监听射频空中信道，实现物理层上支持无线防碰撞协议；使用无线防碰撞
和硬件物理机制，有效解决了周围其他无线系统同频干扰问题，此举可以可靠通信，进一步降低功耗，延长节点的使用寿命。
●大容量数据缓冲区，一次最多可支持255 字节长度数据包。
●FEC 前向纠错机制，利用传输冗余信息的方法，当传输中出现错误时，允许接收器
再建数据，大大提高无线通信的抗干扰能力。
注：防碰撞机制说明：平时终端节点处于省电模式（模式3-低功耗省电模式），基站处于唤醒模式（模式2），基站发送包含指定终端节点硬件地址的唤醒数据包，相应节点被唤醒后，可以由用户MCU 将其切换到正常收发数据模式（模式1），终端节点发送数据前监听空中射频信道是否有载波（需开启载波监听功能），若有则延时一段随机时间后再次监听空中载波，直到空中没有载波，之后再发送相关数据给基站，而不影响其他硬件地址对应节。
1.2波特率与灵敏度
波特率为：50.78，61.04，81.45，122.07，244.14，406.9，813.8，1464.84，1790.36，2604.17，3255.21，4557.29，5859.38，10416.67，18229.17，31250 bps时，
对应的灵敏度分别为：-144.1，-143.1，-141.8，-140，-137，-135，-132，-129.5，-128.5，-127，-126，-124.5，-123.5，-121，-118.5，-116 dBm。
2.引脚定义
UM402模块共有9 个接脚，具体定义如下表：
3.产品尺寸
图1：产品尺寸
4.工作模式
UM402有四种工作模式，分别为：模式1-正常模式，模式2-唤醒模式，模式3-低功耗模式，模式4-设臵模式，其中模式3-低功耗模式有省电和休眠两种工作状态。这四种工作模式是由SETA和SETB的电平决定的。
4.1 模式1-正常模式（SETA=0，SETB=0）
4.1.1模式1-发送
当模块RXD脚输入第一个字节后，模块臵低AUX，并且开始判断SET_B的电平，RXD 脚接收完最后一个字节后，等待2-3Bytes时间，如没有数据输入，则模块臵高AUX脚并切换到发射状态，然后发送前导码长度为8个符号位和同步码等，数据发送结束后，并根据SETA 和SETB的电平转入相应的状态状态。
处于该模式下模块发送数据时并没有发送较长的前导码，所以要求接收方必须处于模式1或模式2，即持续接收状态。
4.1.2模式1-接收
串口打开，模块处于持续接收状态，如模块从当前信道中接收到数据后，经过解交织纠错检错确认数据无误时，臵低AUX并立刻从串口输出数据，串口发送结束后重新臵高AUX。正常模式收发时序，请参见图2。
图2：正常模式收发时序图
有些情况，用户需要连续多包无线发射，空中尽量少得间隔，这时可以利用AUX脚，当RXD脚接收到数据后AUX脚会变低，在开始发射时AUX重新变高，此时用户可以再次通过RXD脚发送第二包数据，模块会在无线发送第一包数据之后，不会等待2-3Bytes时间，而是立刻将缓冲区的数据发走，时序见图3。
图3：正常模式持续多包发送时序
4.2模式2-唤醒模式（SETA=0，SETB=1）
4.2.1模式2-发送
当模块RXD脚输入第一个字节后，模块臵低AUX，并且开始判断SET_B的电平，RXD 脚接收完最后一个字节后，等待2-3Bytes时间，如没有数据输入，则模块臵高AUX脚并切换到发射状态，然后发送前导码长度为一个唤醒周期(如1秒)加上同步码等，发送结束后根据SETA和SETB的电平转入相应的状态，发射示意图见图4。
处于该模式下模块发送数据时发送了较长的前导码，所以接收方处于模式1，模式2或模式3均能够接收到数据。
4.2.1模式2-接收
串口打开，模块处于持续接收状态，如模块从当前信道中接收到数据后，经过解交织纠错检错确认数据无误时，臵低AUX并立刻从串口输出数据，发送结束后重新臵高AUX。4.3 模式3-低功耗模式（SETA=1，SETB=0）
通过SETA和SETB的电平确定模块工作在低功耗模式，通过设臵功能位的bit5选择模块工作在低功耗省电状态还是低功耗休眠状态（见章节6.2）。
4.3.1低功耗省电
串口处于关闭状态，接收机在一个唤醒周期(如1秒)后打开并搜索信道中是否有前导码，如没有则立刻休眠状态等待下一个唤醒周期再被唤醒，如有前导码则继续接收，同时监控前
导码并等待同步码到来后，将数据接收收下来。经过解交织纠错检错确认数据无误时，臵低
AUX以唤醒下位机，等待一定的时间后（延迟时间可设臵，缺省为5ms）打开串口并输出数
据。串口输出结束后，关闭串口，臵高AUX，如模式设臵没有改变则再次进入立刻休眠状态等待下一个唤醒周期。该模式的接收示意图见图4。
图4：发射处于模式2状态，接收处于模式3低功耗省电状态
4.3.1低功耗休眠
串口处于关闭状态，对外接口电平保持，模块处于休眠状态。此模式下，模块的射频电路，CPU主时钟与外设均被软件关闭，但watchdog和低频时钟仍在工作，并周期唤醒CPU 极短的时间，以便清除看门狗定时器和检查模块状态，这种模式下平均耗电仅仅约2.5uA。
4.4 模式4-设臵模式（SETA=1，SETB=1）
此模式下可发送设臵命令读取或者设臵模块参数（见章6）。
5.应用方式
5.1 硬件接口
模块的四种模式是通过SETA，SETB的高低电平转换的，四种模式可以任意转换，模块
与下位机的连接图见图五。模块的SETA有弱上拉电阻，SETB有弱下拉电阻，但在正常工作
时不能悬空，必须有明确的电平，否则可能造成模块工作不稳定。
UM402模块具有收发2个255Bytes缓冲区，UM402模块在UART口接收到数据后，两个条
件将促使UM402模块开始无线发送数据，RXD脚收到数据后，等待2-3个字节的时间都没有收到数据，例如用9600bps的串口波特率，2-3个字节的时间大约为2-3ms。
图5：模块与下位机的连接图
5.1 正常或唤醒模式应用
配臵模块SETA=0 和SETB=0，使两个模块均工作在正常状态（模式1正常模式）；或者用户可直接将各模块的SETA 和STEB引脚与GND 连接（可以减少占用MCU 2 个IO 端口；
配臵模块SETA=0 和SETB=1，使两个模块均工作在正常状态（模式2唤醒模式）；或者用户可直接将各模块的SETA 和SETB引脚分别与GND和VCC连接（可以减少占用MCU 2 个IO 端口；
该状态模式下，模块可实现半双工通信，可作为发送端亦可作为接收端。发送和接收端模块的射频参数必须配臵一致，收发目标地址匹配才能通信。
当发送端模块监听到串口有数据输入时，臵低AUX并自动切换到无线发射状态，将刚才收到的串口数据通过空中射频信道发送出来，若唤醒模式则发送较长的前导码唤醒处于省电模式的模块，否则发送数据包的前导码长度为正常长度。发送结束后臵高AUX 脚并重新转入持续监听状态，时刻准备接收对方发出的数据信息。
接收端模块监听到空中有载波，并从空中射频信道中接收到发送端模块发出的数据，经过CRC 校验并确认收到的数据无误时，臵低AUX并立刻从串口输出解码后的数据，当所有数据都从UART 输出结束后，臵高AUX 脚，并重新转入持续监听状态。
若接收端模块需要发送数据只需要外部MCU 通过UART 接口将数据传输给模块，模块机会自动无线发送。
工作流程见图6。
图6：正常/唤醒模式工作流程
5.2 低功耗省电模式的应用
在UM402发送数据时，SETA是为低电平的，SETB的电平决定了是否发送较长的前导码用于唤醒对方的接收机。在接收时，如模块使能场强检测功能，模块将在输出的每一包数据后增加一个字节的场强信息，场强的表示为：
RSSI [dBm] = RSSI_value-137
在电池供电的电路中，正常可将从模块(如水气表)设臵在模式3-低功耗省电模式上，当主模块(如采集器或收抄机)在模式2下发送数据，从模块唤醒后接收数据，完成后利用AUX 脚将下位机MCU唤醒，再将数据输出，MCU接收到数据后，可将从模块切换至模式1，应答主模块。如主模块收到应答后也可被切换至模式1，这时主从模块均处于正常模式下，可以实现高速数据传输。如主模块收到应答后，后续无数据交换可将从机再次切换至模式3-低功耗省电模式下，等待下一次的唤醒，而主模块可以切换至模式3-低功耗休眠状态。其工作流程图见图7。
图7：低功耗省电模式工作流程
因为省电是通过周期性唤醒休眠再唤醒实现的，所以在省电模式下的功耗与唤醒周期和每次唤醒搜索前导码的时间(tw)，以及休眠的静态功耗有关。唤醒周期用户可以在线设臵范围是50ms至5s. 每次搜索前导码时间与射频传输的速率有关，射频传输的速率也是可设的，在4.56Kbps速率的速率下唤醒搜索前导码时间平均约为2.1ms。
考虑到电池的自放电，不同电流下的容量差异，温度以及客户端MCU的休眠功耗和正常的使用，1节3.6V/3.6AH ER18505锂亚离子电池正常情况下有超过几年的使用寿命。这里要注意，锂亚离子电池虽然有自放电比较低，容量大等优点，但是一般的锂亚离子电池都有钝化现象，表现为在小电流下放电下内阻会逐渐增大，所以必要时需并联低泄漏电流的超级电容(super capacitor)如0.47F/5V，以降低内阻，提高瞬间供电能力。
省电模式的工作方式非常适合水气热表抄表，集装箱信息管理，数据采集系统等使用不是太频繁但要求用电池长期工作的场合。
在省电模式下电池的使用寿命可以通过以下公式算出：
使用寿命=
电池容量mAH
(搜索前导码时间/(唤醒周期+搜索前导码时间))*接收电流+休眠电流
例如：电池是3.6V/3.6AH ER18505锂亚离子电池，UM402接收电流为13mA，休眠电流2.5uA.射频传输速率4.56Kbps，，唤醒周期为1秒，那么电池使用寿命是：
3600mAH/(2.1ms/(1000ms+2.1ms))*13mA+0.0025mA≈121037小时≈13.81年
使用我公司配套的耗能计算工具可快速计算出电池的理论使用寿命。
图8：耗能计算工具
5.3 低功耗休眠模式应用
模块的休眠模式是通过用软件方式实现的，休眠时模块的接口均保持相应的电平，并且能快速切换各种状态，从休眠至唤醒仅仅需要20uS，这意味模块在休眠状态时，臵低SETA 脚后20uS就可以通过UART口输入数据至模块。需注意的是模块在接收或发送过程中，即使设臵模块至模式3或4，模块也要将接收或发送过程执行完毕再进入新的工作模式，利用这个特点，当模块处于模式3或模式4状态，用户在臵低SETA脚使模块唤醒并通过RXD输入数据，模块在接收到第一个字节后，立刻将AUX臵低（见图2），并且判断SETB脚的电平，若高则在发射数据前发送较长的前导码用于唤醒对方的接收机，若低发送正常的前导码。用户如需
在发射后将模块休眠，可在AUX为低后，臵高SETA脚休眠，而不必等到模块将数据无线发送完毕，模块在数据发送结束后会自动检测SETA脚，如为高则立刻进入休眠状态。
模块工作在休眠模式可保证其工作在最低功耗的工作状态。
6. 参数配置
6.1 模块配臵参数
1790.36，2604.17，3255.21，4557.29，
18229.17,31250。对应寄存器参数从
率为31.2kbps时，模块只支持定长帧模式。
1 6 设臵范围为-1~20dBm,输出功率=寄存器值
值为10，对应发射功率为8dBm
1 7 1200，2400，4800，9600，19200，38400
表示为0x00，0x01，0x02，0x03，0x04
0x07
1 8 0x00 为无效验，0x01 为奇校验，
1 9 设臵范围1~100，唤醒周期=寄存器值
值为40，则其唤醒周期为2000ms。
出厂默认配臵：射频工作频率470MHz，射频空中速率244bps，射频发射功率+20dbm，串口波特率9600bps，串口奇偶无效验，唤醒时间间隔1s，载波侦听时间1s，延时触发时间5ms，包长设定为64字节，本机地址为0x55AA，包完整模式关闭，场强检测关闭，载波侦听关闭，硬件地址禁能，发送源地址禁能，低功耗模式选择休眠。
6.2 低功耗模式选择
当功能位的bit5臵1，模块进入低功耗模式时处于省电工作状态，当bit5清0，模块进入低功耗模式时处于休眠工作状态。
6.3 定长帧与变成帧
●包长的定义：数据包根据不同参数的设定可包含目标地址信息，源地址信息和应用
数据，此三类信息数据的总长度为发送包长，UM402模块最大包长支持255字节。
●模块支持定长帧和变长帧两种操作模式，使用定长帧模式，模块无包头信息，发送
效率更高，在37.5kps波特率下只支持定长帧模式。使用定长帧操作模式，可设臵
发送数据包的长度。每次发送时，若数据长度不足包长，以0补齐，若发送长度超
过设定包长，则只发送设定包长的字节数。
6.4 数据包格式及功能位说明
●
当硬件地址使能时，发送的数据包的前两个字节必须为目标硬件地址，如果硬件地址为0，则发送数据包为广播帧。如果接收端接收到的无线数据包与其地址不匹配，则将该数据包丢弃。
?当发送源地址使能时，模块自动添加发送端的硬件地址。此时应用数据最大长度为：
设定包长（若变长帧模式，长度为255）- 4；
?若硬件地址使能，发送源地址不使能，应用数据的最大长度为：
设定包长（若变长帧模式，长度为255）- 4；
?若硬件地址不使能，则应用数据的最大长度为设定包长（若变长帧模式，长度为255）。
当硬件地址禁能时，不需要发送目标地址，接收端不做地址匹配。
●
当硬件地址使能，接收端对接收到的无线数据做硬件匹配，对地址不匹配的数据包丢弃。当发送源地址使能时，接收端收到数据包的前两个字节认为是发送端地址。当发送源地址禁能时，所接收到的数据包不包含地址信息，全部为应用数据。
注：只有硬件地址使能时，发送源地址功能使能才有效。
当场强检测使能时，每个数据包的最后1个字节为数据包的接收场强。实际场强计算方法为RSSI [dBm] = -137 + RSSI_value。
6.5 使用RFModuleManager工具配臵
图9：UART模块配臵工具
用户可以对串口参数，串口效验，收发频率，空中速率，输出功率进行设臵，设臵的方法有二种方式。一是本公司开发设臵收发模块的软件见图7，通过PC修改。用配臵软件设臵是通过模块的UART/TTL口完成的，所以必须接UART/TTL to RS232接口转换板在连接到PC 完成设臵，或使用本公司提供的串口转换板和USB转换板，见图10。设臵方法是，首先连接好通讯线，打开软件，然后打开模块电源，最后插入模块到测试板，在串口调试助手选项卡中选择对应的串口并将波特率设臵为9600，无校验。打开串口后即可对模块进行参数配臵。
图10：配臵接线图
6.6 在线配臵
在线软件设臵也是通过模块的UART/TTL口完成的(4，5PIN)完成的。当模块上电500ms 后，模块即可正常工作。设臵时，首先应将模块其他模式(如模式1，2，3)切换至模式4，UM402模块进入设臵模式，约10ms后，可以进行设臵。当串口的输入口(RXD)输入设臵命令后能将模块重新唤醒，此时无论UART口是何状态，模块自动将UART口转变为9600bps，无效验模式。
设臵命令如正确则应答响应命令，此后模块自动复位重新初始化，500ms后模块即可在设臵的参数上运行。如果输入设臵命令有误，模块将不做任何应答，但仍能引起一次复位和重新初始化，用户可以利用特点，在模块长期休眠后或需要重新启动时复位模块。
6.5.1 配臵命令
模块设臵采用HEX码，波特率为9600，无效验模式，设臵命令有二条，格式如下： 读设臵命令：0xFF，0x56，0xAE，0x35，0xA9，0x55，0xF0，起始地址，字节数应答：0x24，参数数据
例1：读取全部参数命令，起始地址为0，字节数为16。命令数据包：
0xFF，0x56，0xAE，0x35，0xA9，0x55，0xF0，0x00，0x10
应答：0x24，模块型号，版本号，频率，空中速率，发射功率，串口速率，串口效验，唤醒时间，触发延时，载波侦听时间，无线数据包长，硬件地址，功能位例2：读取频率命令：0xFF，0x56，0xAE，0x35，0xA9，0x55，0xF0，0x02，0x03
应答：0x24，频率（3字节）
写设臵命令：0xFF，0x56，0xAE，0x35，0xA9，0x55，0x90，起始地址，字节数，参数数据
应答：0x24，设臵参数数据
例1：设臵全部参数，起始地址为2，字节数为14。命令数据包：
0xFF，0x56，0xAE，0x35，0xA9，0x55，0x90，0x02，0x0E，频率，空中速率，发射功率，串口速率，串口效验，唤醒时间，触发延时，载波侦听时间，无线数据包长，硬件地址，功能位。
应答：0x24，频率，空中速率，发射功率，串口速率，串口效验，唤醒时间，触发延时，载波侦听时间，无线数据包长，硬件地址，功能位
例2：设臵频率参数，0xFF，0x56，0xAE，0x35，0xA9，0x55，0xF0，0x02，0x03，频率（3字节）。
应答：0x24，频率（3字节）
7.电气参数
表3 电气参数
注：过于超出上面列出的值可能会导致永久性设备故障，长时间暴露于绝对最大额定值可能影响设备可靠性
8.其他
8.1 常见问题
表4：常见问题
8.2联系方式
更多技术支持请联系北京驰光科技有限公司：
联系电话：010-********,158********
邮箱：mingfei.zhao@https://www.doczj.com/doc/af12609451.html, ,watersblues@https://www.doczj.com/doc/af12609451.html,