📚 课程目录第1章课程导学与硬件准备

1. 课程导学与硬件准备

各位同学，欢迎来到这门实战课。我是你们的讲师，一个在嵌入式圈子里摸爬滚打了十几年的老工程师。今天咱们先不急着写代码，把地基打牢再说。

这一章，我会带你搞清楚三件事：嵌入式系统到底是个啥玩意儿？LoRa 和 GPS 这两个技术凭什么能组合在一起干活？以及，咱们得准备哪些家伙事儿才能把课跟下来。

很多人一提到嵌入式，脑子里就蹦出「单片机」。其实，嵌入式系统的范围比这大得多。它是指那些「嵌入」到某个设备里，专门干一件事的计算机系统。你的手机、路由器、智能手表、甚至微波炉里的控制板，都是嵌入式系统。

我个人习惯把嵌入式系统拆成三个层次来看：

咱们这门课，三个层次都会涉及。但重心会放在「硬件驱动」和「应用层」的衔接上。说白了，就是教你怎么让单片机跟 LoRa 模块、GPS 模块「说上话」。

我的经验： 刚入行那会儿，我总觉得只要把代码写对就行。后来发现，不懂硬件原理，写出来的驱动全是坑。比如 SPI 时序差了几个纳秒，模块就是不干活。所以，别跳过硬件部分。

LoRa 是「Long Range」的缩写。它是一种扩频调制技术，由 Semtech 公司发明。它的核心优势就两个：传得远、功耗低。

为什么它能传得远？因为 LoRa 用了「啁啾扩频」（CSS）技术。简单说，就是把一个窄带信号，在频域上「拉宽」了。这样做的好处是，抗干扰能力极强，接收灵敏度可以做到 -140 dBm 以下。我在一个城市公园里做过测试，用 20 dBm 的发射功率，空旷地带轻松传了 3 公里。

但 LoRa 也有短板：速率低。它的有效数据速率通常在 0.3 kbps 到 50 kbps 之间。你想想看，传一张高清照片肯定不行，但传几个传感器数值、一个 GPS 坐标，绰绰有余。

LoRa 的几个关键参数，你得记住：

避坑指南： 我曾经在一个项目中，为了追求最远距离，把 SF 设成了 12。结果数据包在空中飞了将近 2 秒，网关那边一直丢包。后来才发现，SF 越大，空中传输时间（ToA）越长，反而容易受干扰。别盲目追求极限参数。

GPS 全称是 Global Positioning System，美国佬搞的。咱们常用的北斗、GLONASS 也是类似原理。GPS 模块通过接收至少 4 颗卫星的信号，计算出自己的经纬度和海拔。

模块输出的数据格式，99% 都是 NMEA-0183 协议。这是一种纯文本协议，以 $ 开头，以 <CR><LF> 结尾。最常用的语句是 $GPGGA 和 $GPRMC。

举个例子，一条典型的 GGA 语句长这样：

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47

我来给你拆解一下：

咱们后面写驱动，主要就是解析这种字符串。别怕，C 语言里用 strtok 或者 sscanf 就能搞定。

市面上单片机那么多，为什么我选 STM32？原因有三：

具体到咱们课程，我推荐用 STM32F103C8T6 核心板。它有两个 USART，一个给 LoRa 模块，一个给 GPS 模块，刚刚好。

  注意： 如果你手头是 STM32F4 系列，也没问题。代码基本通用，只需要注意时钟配置和引脚重映射。

工欲善其事，必先利其器。下面这个清单，建议你一次性买齐。我在淘宝上买过很多次，总价不超过 100 块钱。

元器件	型号/规格	数量	备注
STM32 核心板	STM32F103C8T6	1	带 USB 转串口
LoRa 模块	E32-433T20S (SX1278)	2	至少两个才能通信
GPS 模块	ATGM336H (北斗+GPS)	1	带陶瓷天线
USB 转 TTL	CH340G	1	调试用
杜邦线	公对母 / 母对母	各 20 根	颜色分开好区分
面包板	830 孔	1	不用焊接，方便改
LED + 电阻	5mm LED + 220Ω	若干	指示状态用

购买建议： LoRa 模块尽量买带「屏蔽罩」的版本，抗干扰能力强一些。GPS 模块的天线要买「有源」的，不然搜星慢得让你怀疑人生。

下面这张图，把咱们这一章的核心内容串起来了。你可以把它当成一张「地图」，后面每学一个知识点，都能在这张图上找到位置。

嗯，这张图你看明白了吗？从上到下，咱们先搞懂三个技术各自是什么，然后统一到「硬件准备」这个落脚点上。后面的课程，就是围绕这张图展开的。

好了，这一章的内容就到这里。东西不多，但都是后面实战的根基。尤其是元器件清单，建议你对照着买齐，别等到写代码的时候才发现缺这缺那。